专利名称：基于综合参数的隧道开挖围岩动态细化分级方法
技术领域：
本发明涉及一种隧道施工过程中基于综合参数的隧道开挖围岩动态细化分级方法及其装置。
背景技术：
近几年来我国隧道建设进入了一个高峰期，隧道工程的大力发展，为隧道施工技术的发展提供了条件，目前在隧道施工阶段，围岩细化分级是设计人员、施工人员以及科研人员共同关注的重要课题。一般情况下，完整的围岩分级系统应该包括设计阶段围岩分级和施工阶段围岩分级两部分内容。目前隧道围岩分级中还缺乏一个有效、完善的施工阶段围岩细化分级体系，导致围岩分级不够精确，施工过程中既有可能出现围岩细化分级判断低于实际围岩级别而出现围岩支护强度不够导致施工事故发生，也有可能出现围岩细化分级判断高于实际围岩级别情况而出现围岩支护强度过大造成浪费的情形。因此亟需一种在隧道施工过程中的围岩细化分级方法，即在施工过程中对设计阶段围岩分级的基础上再对围岩进行细化分级，提高围岩分级的准确率。
发明内容
本发明的目的在于克服现有隧道围岩分级方法细化程度不足而不能有效为隧道施工服务的技术问题而提供一种基于综合参数的隧道开挖围岩动态细化分级方法，旨在解决由于隧道施工过程中围岩细化分级程度不够的问题而造成的施工支护浪费和支护不足而造成施工事故的问题。为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下
一种基于综合参数的隧道开挖围岩动态细化分级方法，包括以下步骤
1)、分析隧道现场勘察设计资料，初步判断隧道掌子面围岩分级；
2)、利用USEP21地下工程施工超前地质预报系统对所述掌子面围岩进行综合参数超前地质预报探测，并根据获得的预报探测数据修正步骤I)中获得的所述掌子面的围岩分级；
3)、对所述掌子面围岩进行地质观察并进行弹性纵波波速测试，根据获得的观察数据及弹性纵波波速测试数据修正步骤2)中获得的所述掌子面的围岩分级；
4)、对施工过程中的各项参数进行监控量测，并根据获取的监控量测数据修正步骤3)中获得的所述掌子面的围岩分级。本发明所述利用USEP21地下工程施工超前地质预报系统对所述掌子面围岩进行综合参数超前地质预报探测，并根据获得的预报探测数据修正步骤I)中获得的所述掌子面的围岩分级的步骤，具体包括
利用地震波对所述掌子面围岩进行长距离综合参数超前地质预报探测，根据获得的长距离地质预报探测数据，判断所述隧道前方掌子面的围岩分级；
施工过程中利用电磁波对所述掌子面围岩进行短距离综合参数超前地质预报探测；当遇到重要部位特殊地段时，通过钻孔取芯进行室内验证和钻孔测试手段对掌子面围岩地质情况评价并修正量化所述掌子面围岩分级。本发明所述的长距离是指大于100米，所述的短距离是指小于30米。本发明对所述掌子面围岩进行地质观察并进行弹性纵波波速测试，根据获得的观察数据及弹性纵波波速测试数据修正步骤2)中获得的所述掌子面围岩分级的步骤具体包括
对所述掌子面围岩进行地质观察，根据观察情况运用地质编录法对所述掌子面岩体的完整状态、地下水及初始应力状态进行分析，必要时对岩石岩体进行力学测试，对照隧道相关规范判断所述掌子面的围岩分级；
测试所述掌子面围岩的弹性纵波波速，求得所述掌子面围岩的平均弹性纵波波速，参考隧道围岩分级与弹性纵波波速的对应关系，确定所述掌子面的围岩分级；
如果上述两种方法判断的所述掌子面附近的围岩分级基本一致时，结束本步骤，否则采集数据样本进行测试并根据测试结果修正所述掌子面围岩分级。本发明实对所述掌子面围岩地质观察的范围包括掌子面状态、掌子面风化变质情况、掌子面裂缝的间距、状态及形态、地下涌水情况。本发明计算所述掌子面围岩的平均弹性纵波波速采用如下方式
将震源点固定在所述掌子面，通过移动接收传感器的位置改变测试距离，或者将接收传感器固定在所述的掌子面，通过移动震源点改变测试距离，激发方式采用锤击铁板震源，测试所述掌子面围岩多点处的弹性纵波波速，并计算出所述掌子面围岩的平均弹性纵波波速。本发明所述的监控量测数据包括隧道拱顶沉降值、周边收敛值、围岩压力值、钢筋应力值以及初支裂缝有无。一种基于综合参数的隧道开挖围岩动态细化分级系统，包括预报系统、监测采集系统、测量系统和计算机；
所述预报系统是USEP21地下工程施工超前地质预报系统，用于对掌子面围岩进行综合参数超前地质预报探测，并根据获得的预报探测数据修正掌子面的围岩分级；
所述预报系统包括USP地下工程施工超前地质预报装置和UEP地下工程施工超前地质预报装置；所述USP地下工程施工超前地质预报装置，用于通过利用地震波对所述掌子面围岩进行长距离综合参数超前地质预报探测，获得的长距离地质预报探测数据；所述UEP地下工程施工超前地质预报装置用于通过利用电磁波对所述掌子面围岩进行短距离综合参数超前地质预报探测，获得短距离地质预报探测数据；
所述USP地下工程施工超前地质预报装置还包括起爆器、多分量地震波空间接收装置、多通道同步信号采集器；所述起爆器用于引发所述掌子面围岩发生地站；所述多分量地震波空间接收装置用于接收由所述起爆器引发地震而产生的地震波；所述多通道同步信号采集器用于采集因地震引发的掌子面围岩的振动以及脉动信号；
所述UEP地下工程施工超前地质预报装置还包括电磁波发射器、电磁波接收器和多通道同步信号采集器；所述电磁波发射器用于在所述掌子面围岩发射电磁波；所述电磁波接收器用于接收自所述的掌子面围岩返回的电磁波，所述多通道同步信号采集器用于同步采集来自所述掌子面围岩的反馈信号；
所述监测系统包括水准仪、收敛计、压力盒、钢筋计和裂缝观测仪；所述水准仪用于测量隧道拱顶沉降值；收敛计用于 获取周边收敛值；压力盒用于获取埋设在围岩钢拱架之间的围岩压力值，所述钢筋计用于通过测量获取钢筋应力值，所述裂缝观测仪用于获取初支裂缝值；
所述测量系统包括掌子面围岩纵波接收器和弹性纵波波速测试仪，用于获得所述掌子面围岩的弹性纵波波速；
所述计算机的内部主要包括数据处理模块、数据存储模块和数据显示模块，所述数据显示模块用于连接显示器，显示掌子面的围岩分级结构；所述数据存储模块用于存储监测数据、采集信号、长、短距离地质预报探测数据；所述数据处理模块用于处理存储器存储的数据。本发明通过在勘察设计资料分析确定的围岩分级的基础上，再综合运用综合参数超前地质预报、掌子面围岩综合探测以及现场监测数据分析对施工阶段的围隧道围岩进行综合细化分级，从而使得围岩分级更加细化、精确。
图I是本发明实施例提供的基于综合参数的隧道开挖围岩动态细化分级方法的流程图。图2是本发明实施例提供的对掌子面围岩进行综合参数超前地质预报探测分级的流程图。图3是本发明实施例提供的对掌子面围岩地质观察及弹性纵波波速测试分级的流程图。图4是本发明实施例提供的围岩动态细化分级方法流程图。图5是本发明实施例提供的基于勘察设计资料分析法围岩分级方法流程图。图6是本发明实施例提供的基于综合参数的超前地质预报法围岩分级方法流程图。图7是本发明实施例提供的基于掌子面围岩综合探测法围岩分级方法流程图。图8是本发明实施例提供的基于现场监测数据分析法围岩分级方法流程图。图9是本发明实施例提供的基于综合参数的隧道开挖围岩动态细化分级系统框图的不意图。
具体实施例方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。参见图I所示，一种基于综合参数的隧道开挖围岩动态细化分级方法，包括以下步骤
SlOl :分析隧道现场勘察设计资料，初步判断隧道掌子面围岩分级；隧道施工过程中进行围岩动态细化分级，首先要收集施工前期的隧道勘察设计资料，对当前掌子面以及掌子面前方的围岩级别有大体了解，勘察设计资料分析法是在对现场进行探测、监测手段获取数据之前对勘察资料进行调查分析的方法，是围岩细化分级的基础与前提，是获得现场资料的最快最便捷的手段。因此，在对隧道进行施工阶段围岩细化分级前，先收集隧道的勘察资料并对其进行分析，对隧址区所处的环境、地形地貌、岩性变化、断层分布以及围岩级别变化等信息进行分析，勘察资料是对隧道穿越区地形地貌的粗略描述，从中能够对隧址区的地层及岩性、地质构造、水文地质条件以及不良地质及特殊性岩土的分布情况有大体了解，通过室内试验可以获取岩石物理力学性质以及岩体的风化程度情况，并根据钻探、野外观察、孔内原位测试、室内岩石试验资料及地质测绘和物探成果获取地表至隧道穿越区以下围岩的地质状况、完整程度以及围岩的基本质量指标，并由此初步判断围岩等级。通过分析勘察设计资料直接获得围岩分级情况是获得围岩初步分级的最直接方法，施工人员按照勘察设计资料中的围岩分级情况进行施工，但由于勘察阶段的取样率较低，由此判断的部分区段的围岩分级可能会与实际围岩情况不符，这就要求在施工过程中，采用多种方法对勘察阶段进行的围岩分级情况进行细化分级或修正，以保障隧道施工安 全；因此，本发明在通过分析隧道现场勘察设计资料初步判断隧道掌子面围岩分级之后，采用如下步骤S102所述的方法进一步分析确定掌子面围岩分级。S102 :利用USEP21地下工程施工超前地质预报系统，对所述掌子面围岩进行综合参数超前地质预报探测，并根据获得的预报探测数据修正步骤SlOl中获得的所述掌子面的围岩分级；
进行综合参数超前地质预报探测的进行围岩分级是利用USEP21地下工程施工超前地质预报系统探测在建隧道前方掌子面地质情况从而对掌子面进行围岩分级的。对勘察设计资料分析后，对隧道掌子面前方围岩分级以及隧址区的地形地貌、地层岩性、地质构造等情况有一定程度了解，在此基础上对隧道掌子面前方地质情况进行综合参数预报探测，可进一步掌握掌子面围岩级别情况。参见图2所示对掌子面围岩进行综合参数超前地质预报探测分级的流程图。所述的利用USEP21地下工程施工超前地质预报系统对所述掌子面围岩进行综合参数超前地质预报探测，并根据获得的预报探测数据修正步骤SlOl中获得的所述掌子面的围岩分级的步骤，具体包括
S201:利用地震波对所述掌子面围岩进行长距离综合参数超前地质预报探测，根据获得的长距离地质预报探测数据，判断所述隧道前方掌子面的围岩分级；
对所述掌子面围岩进行长距离综合参数超前地质预报探测主要是利用地震波的波速对地质构造的敏感进行测试的，通过测试并根据测试结果对施工前方围岩分级做出初步的判断，对勘察设计阶段的围岩分级进行修正；
在应用时，可通过起爆器在所述掌子面围岩附近进行起爆引发所述掌子面围岩发生地震，然后通过多分量地震波空间接收装置接收由所述起爆器引发地震而产生的地震波，并通过多通道同步信号采集器同步采集因地震引发的掌子面围岩的振动以及脉动信号等的综合信号，然后通过USEP21地下工程施工超前地质预报系统，利用接收的地震波及所述的振动以及脉动信号对所述的掌子面围岩进行长距离综合参数超前地质预报探测。
S202:施工过程中对利用电磁波对所述掌子面围岩进行短距离综合参数超前地质预报探测，运用获得的短距离地质预报探测数据检验所述长距离地质预报探测数据；短距离综合参数超前地质预报探测精度高，可进一步对掌子面前方围岩资料作出较精确的判断，从而进一步修正围岩分级；
具体方法是，通过电磁波发射器在所述掌子面围岩附近进行电磁波的发射，通过电磁波接收器接收自所述的掌子面围岩返回的电磁波，同时通过多通道同步信号采集器同步采集自所述的掌子面围岩反馈的各种信号，通过USEP21地下工程施工超前地质预报系统根据所接收的返回的电磁波及各种反馈信号，对所述的掌子面围岩进行短距离综合参数超前地质预报探测。S203:当遇到重要部位或特殊底端采用钻孔验证和测孔评价修正量化围岩分级； S204:进行下一步围岩细化分级。 所述的钻孔验证和测孔手段包括单孔法或跨孔法测孔。本发明中，所述的长距离是指大于100米，所述的短距离是指小于30米。进行长距离超前地质预报是利用地震波对地质构造的敏感性原理进行的，通过长距离超前地质预报对施工前方围岩水文地质变化情况做出初步判断后，将预报得的地质情况与掌子面地质情况比较，从掌子面围岩级别推断掌子面前方围岩级别变化情况；然后利用电磁波对水的敏感性原理对掌子面前30m围岩资料进行高精度短距离预报，从而细化围岩分级；遇到重要部位或特殊地段须进行钻孔取芯进行室内验证、单孔法或跨孔法测孔来修正量化围岩分级。S103:对所述掌子面围岩进行地质观察并进行弹性纵波波速测试，根据获得的观察数据及弹性纵波波速测试数据修正步骤S102中获得的所述掌子面的围岩分级；
尽管步骤S102所述的综合参数超前地质预报探测法可将围岩分级进一步细化，但由于超前地质预报探测范围较大，对于隧道细部的围岩状况判读精度较低，在围岩细化分级方面会出现与实际围岩情况有差别的情况；在隧道施工过程中，即使在前期勘察以及超前地质预报阶段围岩状况良好，也有可能在后期的爆破或开挖过程中破坏原来的地质结构，使围岩级别升高，因此施工现场的围岩分级才能够对施工起指导作用。对掌子面围岩进行综合探测是在施工现场直接获取掌子面围岩状况的有效方法，相比隧道勘察阶段的围岩波速测试，掌子面弹性纵波波速测试更接近实际围岩状况。本发明实施例中，参见图3所示对掌子面围岩地质观察及弹性纵波波速测试分级的流程图。对所述掌子面围岩进行地质观察并进行弹性纵波波速测试，根据获得的观察数据及弹性纵波波速测试数据修正步骤S102中获得的所述掌子面围岩分级的步骤具体包括
S301:对所述掌子面围岩进行地质观察，根据观察情况运用地质编录法对所述掌子面岩体的完整状态、地下水及初始应力状态进行分析，必要时对岩石岩体进行力学测试，对照隧道相关规范判断所述掌子面的围岩分级；
S302:测试所述掌子面围岩的弹性纵波波速，求得所述掌子面围岩的平均弹性纵波波速，参考隧道围岩分级与弹性纵波波速的对应关系，确定所述掌子面的围岩分级；
S303:如果上述两种方法判断的所述掌子面附近的围岩分级基本一致时进入步骤S104,否则进入下一步；S304:采集数据样本进行测试并根据测试结果修正所述掌子面围岩分级。本发明中，对所述掌子面围岩地质观察的范围包括掌子面状态、掌子面风化变质情况、掌子面裂缝的间距、状态及形态、地下涌水、水的影响等情况。本发明中，计算所述掌子面围岩的平均弹性纵波波速采用如下方式
将震源点固定在所述掌子面，通过移动接收传感器的位置改变测试距离，或者将接收传感器固定在所述的掌子面，通过移动震源点改变测试距离，激发方式采用锤击铁板震源，测试所述掌子面围岩多点处多处的弹性纵波波速，并计算出所述掌子面围岩的平均弹性纵波波速。在掌子面进行波速测试，对隧道细部的围岩状况判读精度较高，每次在爆破或开挖后进行波速探测，又能及时捕捉到围岩的变化情况，在波速测试过程中，采用锤击铁板震源的方式激发，通过固定震源点移动接收传感器的位置或固定接收传感器移动震源点来改变测试距离，从而逐步测试掌子面多点处的弹性纵波波速，求其平均值作为掌子面的最终 弹性纵波波速，并参考弹性纵波波速与隧道围岩分级对应关系，确定掌子面的围岩级别。通过前述的地质观察分析及波速测试两种方法对掌子面围岩进行综合探测并跟踪隧道施工进行，是准确直接对掌子面围岩进行细化分级的有效方法。S104:对施工过程中的各项参数进行监控量测，并根据获取的监控量测数据修正步骤S103中获得的所述掌子面的围岩分级。所述的监控量测数据包括隧道拱顶沉降值、周边收敛值、围岩压力值、钢筋应力值以及初支裂缝有无。所述的隧道拱顶沉降值通过水准仪进行测量获得，所述的周边收敛值由收敛计获取，所述的围岩压力值由埋设在围岩钢拱架之间的压力盒获得，所述的钢筋应力值经钢筋计测量取得，所述的初支裂缝值通过裂缝观测仪得到。现场监测数据是施工过程中隧道围岩支护情况的反应，现场监测数据分析是对隧道施工过程中的监控量测数据进行分析，利用隧道施工过程中监控量测的数据进行围岩细化分类，监测数据包括隧道拱顶沉降值、周边收敛值、围岩压力及钢筋应力等。通过对所述的监控量测数据进行分析，以判断掌子面的围岩分级是否高或低，以根据情况进行修正，或提高或降低围岩分级。如施工过程中的隧道变形是地质条件与支护条件的共同反映，分析现场监测数据获知隧道围岩变形和压力值较大时，说明当前地质条件下围岩支护弱，说明勘察设计阶段所确定的围岩分级比实际围岩级别低，须升高围岩级别，加强支护形式；当围岩变形和压力值较小时，则说明设计的围岩级别与实际围岩情况接近，无须修正围岩级别；当围岩变形过小时，则说明设计的围岩级别过高，视现场情况可适当降低围岩级别。本发明实施例中，参见图4所示，围岩动态细化分级方法流程图。第一步分析前期勘察设计资料，初步掌握围岩分级情况；第二步进行隧道开挖施工，对长距离综合参数超前地质预报对勘察设计阶段围岩分级进行细化，高精度短距离预报掌子面前方30m围岩对围岩分级作精确判断；如果一切正常，则进入第三步对掌子面地质编录观察和弹性波纵波波速测试，修正围岩分级；如果遇到特殊地段或者重要部位，则采用钻孔取芯验证和测孔评价修正量化围岩分级的方法，从而进入第三步对围岩进行修正；修正过后进入第四步通过监控量测，分析监测数据，验证围岩分级，指导施工。如此往复，重复第一步至第四步，隧道开挖进行下一循环围岩分级。本发明实施例中，参见图5所示，本发明实施例提供的基于勘察设计资料分析法围岩分级方法流程图。首先进行分析隧道的前期勘察设计资料，进一步掌握隧道围岩分级情况，最后基于综合参数超前地质预报的围岩分级法进行综合细化分级。结合图6，图6是本发明实施例提供的基于综合参数的超前地质预报法围岩分级方法流程图。-利用地震波对地质构造的敏感性，在隧道掌子面进行长距离超前地质预报，预报距离大于100m，根据预报结果并对照掌子面围岩情况判断隧道前方的围岩分级情况；利用电磁波对水的敏感性，在隧道掌子面进行短距离超前地质预报，预报距离小于30m，验证长距离探测的预报结果以及隧道的围岩分级情况，若遇到重要部位或特殊地段 采用钻孔取芯验证和测孔评价修正量化，探测结果对照相关规范围岩分级情况进行修正，待修正后则进行掌子面围岩综合探测法进行围岩分级。图7本发明实施例提供的基于掌子面围岩综合探测法围岩分级方法流程图。掌子面围岩综合探测法围岩分级分别进行掌子面围岩地质观察和掌子面围岩纵波波速测试，掌子面围岩地质观察主要包括掌子面状态、风化变质、裂隙间距、裂隙状态、裂隙形态、涌水、水的影响，然后根据观察到的资料进行对照隧道相关规范，判断隧道掌子面围岩级别情况。在进行掌子面围岩纵波波速测试后，将探测结果与相关规范对比，判断掌子面的围岩分级情况。将两种分级情况进行对比，当两者围岩级别判断，结果相差不大时，现场监测数据分析法进行围岩分级。如果两者围岩级别判断结构相差较大时，返回进行多采取数据样本重新进行测试对比。图8是本发明实施例提供的基于现场监测数据分析法围岩分级方法流程图。对隧道掌子面附近的围岩监控量测数据进行分析，采用水准仪、收敛计、压力盒、钢筋计、裂缝观测仪等，具体监控量测拱顶沉降值、周边收敛值、围岩压力值、钢筋应力值、初支有无裂缝等，对这些值进行分析压力值是否超过规范允许值、初支有无裂缝，如果压力值超过规范允许值，则说明判断的围岩级别比实际围岩级别低，如果压力未值超过规范允许值，则说明判断的围岩级别比实际围岩级别高或相同。图9是本发明实施例提供的基于综合参数的隧道开挖围岩动态细化分级系统框图的示意图。这种基于综合参数的隧道开挖围岩动态细化分级系统，包括预报系统、监测采集系统、测量系统和计算机。所述预报系统是USEP21地下工程施工超前地质预报系统，用于对掌子面围岩进行综合参数超前地质预报探测，并根据获得的预报探测数据修正掌子面的围岩分级。所述预报系统包括USP地下工程施工超前地质预报装置和UEP地下工程施工超前地质预报装置；所述USP地下工程施工超前地质预报装置，用于通过利用地震波对所述掌子面围岩进行长距离综合参数超前地质预报探测，获得的长距离地质预报探测数据；所述UEP地下工程施工超前地质预报装置用于通过利用电磁波对所述掌子面围岩进行短距离综合参数超前地质预报探测，获得短距离地质预报探测数据。所述USP地下工程施工超前地质预报装置还包括起爆器、多分量地震波空间接收装置、多通道同步信号采集器；所述起爆器用于引发地震波；所述多分量地震波空间接收装置用于接收由所述起爆器引发地震而产生的地震波；所述多通道同步信号采集器用于采集因地震波引发的掌子面围岩的震动以及脉动信号。所述UEP地下工程施工超前地质预报装置还包括电磁波发射器、电磁波接收器和多通道同步信号采集器；所述电磁波发射器用于在所述掌子面围岩发射电磁波；所述电磁波接收器用于接收自所述的掌子面围岩返回的电磁波，所述多通道同步信号采集器用于同步采集来自所述掌子面围岩的反馈信号。所述监测系统包括水准仪、收敛计、压力盒、钢筋计和裂缝观测仪等；所述水准仪用于测量隧道拱顶沉降值；收敛计用于获取周边收敛值；压力盒用于获取埋设在围岩钢拱架之间的围岩压力值，所述钢筋计用于通过测量获取钢筋应力值，所述裂缝观测仪用于获取初支裂缝值。所述测量系统包括掌子面围岩纵波接收器和弹性纵波波速测试仪，用于获得所述掌子面围岩的弹性纵波波速。所述计算机的内部主要包括数据处理模块、数据存储模块和数据显示模块，所述数据显示模块用于连接显示器，显示掌子面的围岩综合参数判译结果；所述数据存储模块用于存储监测数据、采集信号、长、短距离地质预报探测数据；所述数据处理模块用于处理存储器存储的数据。
本发明通过在勘察设计资料分析确定的围岩分级的基础上，再综合运用综合参数超前地质预报、掌子面围岩综合探测以及现场监测数据分析对施工阶段的围隧道围岩进行综合细化分级，本发明由于是贯穿于隧道开挖前、隧道开挖过程中以及隧道开挖后分别对隧道的围岩级别进行修正细化，从而使得围岩分级更加细化、精确。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
权利要求
1.一种基于综合參数的隧道开挖围岩动态细化分级方法，其特征在于，包括以下步骤 1)、分析隧道现场勘察设计资料，初歩判断隧道掌子面围岩分级； 2)、利用USEP21地下工程施工超前地质预报系统对所述掌子面围岩进行综合參数超前地质预报探測，井根据获得的预报探测数据修正步骤I)中获得的所述掌子面的围岩分级； 3)、对所述掌子面围岩进行地质编录观察并进行弹性纵波波速测试，根据获得的观察数据及弹性纵波波速测试数据修正步骤2)中获得的所述掌子面的围岩分级； 4)、对施工步序中的各项參数进行监控量测，井根据获取的监控量测数据修正步骤3)中获得的所述掌子面的围岩分级。
2.根据权利要求I所述的基于综合參数的隧道开挖围岩动态细化分级方法，其特征在·于，所述的利用USEP21地下工程施工超前地质预报系统对所述掌子面围岩进行综合參数超前地质预报探測，井根据获得的预报探测数据修正步骤I)中获得的所述掌子面的围岩分级的步骤，具体包括 利用地震波对所述掌子面围岩进行长距离综合參数超前地质预报探測，根据获得的长距离地质预报探测数据，判断所述隧道前方掌子面的围岩分级； 施工过程中利用电磁波对所述掌子面围岩进行短距离综合參数超前地质预报探測； 当遇到重要部位特殊地段时，通过钻孔取芯进行室内验证和钻孔测试手段对掌子面围岩地质情况评价并修正量化所述掌子面围岩分级。
3.根据权利要求2所述的基于综合參数的隧道开挖围岩动态细化分级方法，其特征在于，所述的长距离是指大于100米，所述的短距离是指小于30米。
4.根据权利要求I所述的基于综合參数的隧道开挖围岩动态细化分级方法，其特征在干，对所述掌子面围岩进行地质观察并进行弹性纵波波速测试，根据获得的观察数据及弹性纵波波速测试数据修正步骤2)中获得的所述掌子面围岩分级的步骤具体包括 对所述掌子面围岩进行地质观察，根据观察情况运用地质编录法对所述掌子面岩体的完整状态、地下水及初始应カ状态进行分析，必要时对岩石岩体进行力学测试，对照隧道相关规范判断所述掌子面的围岩分级； 测试所述掌子面围岩的弹性纵波波速，求得所述掌子面围岩的平均弹性纵波波速，參考隧道围岩分级与弹性纵波波速的对应关系，确定所述掌子面的围岩分级； 如果上述两种方法判断的所述掌子面附近的围岩分级基本一致时，结束本步骤，否则采集数据样本进行测试并根据测试结果修正所述掌子面围岩分级。
5.根据权利要求4所述的基于综合參数的隧道开挖围岩动态细化分级方法，其特征在干，对所述掌子面围岩地质观察的范围包括掌子面状态、掌子面风化变质情况、掌子面裂缝的间距、状态及形态、地下涌水情况。
6.根据权利要求4所述的基于综合參数的隧道开挖围岩动态细化分级方法，其特征在干，计算所述掌子面围岩的平均弹性纵波波速采用如下方式 将震源点固定在所述掌子面，通过移动接收传感器的位置改变测试距离，或者将接收传感器固定在所述的掌子面，通过移动震源点改变测试距离，激发方式采用锤击铁板震源，测试所述掌子面围岩多点处的弹性纵波波速，并计算出所述掌子面围岩的平均弹性纵波波速。
7.根据权利要求I所述的基于综合參数的隧道开挖围岩动态细化分级方法，其特征在于，所述的监控量测数据包括隧道拱顶沉降值、周边收敛值、围岩压カ值、钢筋应カ值以及初支裂缝有无等。
8.一种基于综合參数的隧道开挖围岩动态细化分级系统，其特征在于包括预报系统、监测采集系统、測量系统和计算机； 所述预报系统是USEP21地下工程施工超前地质预报系统，用于对掌子面围岩进行综合參数超前地质预报探測，井根据获得的预报探测数据修正掌子面的围岩分级； 所述预报系统包括USP地下工程施工超前地质预报装置和UEP地下工程施工超前地质预报装置；所述USP地下工程施工超前地质预报装置，用于通过利用地震波对所述掌子面围岩进行长距离综合參数超前地质预报探測，获得的长距离地质预报探测数据；所述UEP地下工程施工超前地质预报装置用于通过利用电磁波对所述掌子面围岩进行短距离综合參数超前地质预报探測，获得短距离地质预报探测数据； 所述USP地下工程施工超前地质预报装置还包括起爆器、多分量地震波空间接收装置、多通道同步信号采集器；所述起爆器用于引发地震波；所述多分量地震波空间接收装置用于接收由所述起爆器引发地震而产生的地震波；所述多通道同步信号采集器用于采集因地震波引发的掌子面围岩的震动以及脉动信号； 所述UEP地下工程施工超前地质预报装置还包括电磁波发射器、电磁波接收器和多通道同步信号采集器；所述电磁波发射器用于在所述掌子面围岩发射电磁波；所述电磁波接收器用于接收自所述的掌子面围岩返回的电磁波，所述多通道同步信号采集器用于同步采集来自所述掌子面围岩的反馈信号； 所述监测系统包括水准仪、收敛计、压カ盒、钢筋计和裂缝观测仪等；所述水准仪用于測量隧道拱顶沉降值；收敛计用于获取周边收敛值；压カ盒用于获取埋设在围岩钢拱架之间的围岩压カ值，所述钢筋计用于通过测量获取钢筋应カ值，所述裂缝观测仪用于获取初支裂缝值； 所述测量系统包括掌子面围岩纵波接收器和弹性纵波波速测试仪，用于获得所述掌子面围岩的弹性纵波波速； 所述计算机的内部主要包括数据处理模块、数据存储模块和数据显示模块，所述数据显示模块用于连接显示器，显示掌子面的围岩综合參数判译結果；所述数据存储模块用于存储监测数据、采集信号、长、短距离地质预报探测数据；所述数据处理模块用于处理存储器存储的数据。
全文摘要
本发明公开了一种基于综合参数的隧道开挖围岩动态细化分级方法，包括分析隧道前期勘察设计资料，初步判断隧道围岩分级，对开挖掌子面围岩进行综合参数超前地质预报探测，并根据预报结果修正掌子面及前方的围岩分级；对掌子面开挖围岩进行地质编录观察并进行弹性波速测试，根据观察资料及弹性波速测试数据进一步修正掌子面的围岩分级；最后结合施工各步序进行监控量测，再根据监控量测数据修正获得的所述掌子面的围岩分级，完成围岩细化分级的一个循环。通过勘察设计资料分析确定围岩分级基础上，再综合运用综合参数超前地质预报、掌子面围岩综合探测以及现场监测数据分析对施工阶段围隧道围岩进行动态综合细化分级，使得围岩分级更加细化、精确。
文档编号G01V11/00GK102736124SQ20121019516
公开日2012年10月17日 申请日期2012年6月14日 优先权日2012年6月14日
发明者叶英, 王晓亮 申请人:北京市市政工程研究院