一种基于I-V类围岩超欠挖最优时间控制方法与流程

一种基于i
‑
v类围岩超欠挖最优时间控制方法
技术领域
1.本发明涉及隧道工程建设技术领域，具体涉及一种基于i
‑
v类围岩超欠挖最优时间控制方法。


背景技术：

2.隧道超欠挖现象对围岩的稳定性将产生不良影响。隧道开挖出现超欠挖现象使得隧道轮廓面凹凸不平，不圆顺，容易产生应力集中现象，致使隧道易发生坍塌、片帮等危害，还有部分超挖现象为装药量过大造成，此时，爆破产生的冲击作用可能引起围岩的松弛，不利于保护围岩原来的承载能力。当发生超挖现象时，回填质量在实际施工过程难以得到有效的保证。尤其对于隧道拱顶、拱腰部位，由于施工原因很难做到回填密实，其结果是支护与围岩之间接触不密实，存在空隙，甚至较大的空洞。这些空隙和空洞使得围岩与支护处于点接触状态，难以起到限制围岩变形的作用，从而引起围岩的过度变形甚至坍塌。
3.目前工程中通过以下方法控制隧道超欠挖：
4.1.及时调整爆破参数；
5.2.提高钻孔精度；
6.3.提高测量放线的精度；
7.4.采用合理的爆破技术。
8.但是，目前的隧道超欠挖控制很容易造成成本过高，或者对围岩的扰动过大，影响整个工程的进度。


技术实现要素：

9.为了克服现有技术存在的不足，本发明提供一种基于i
‑
v类围岩超欠挖最优时间控制方法，能够根据挖土量准确预判隧道超欠挖情况发生，有效地控制隧道的超欠挖，减少爆破对围岩的扰动，加快了掘进速度。
10.本发明所采用的技术方案是：
11.一种基于i
‑
v类围岩超欠挖最优时间控制方法，其包括以下步骤：
12.(1)测定钻孔深度l和欠挖段为长度y以及炮钎的最大倾角θ，计算出超挖段长度＝l
‑
y；
13.(2)按照最优时间控制法可以确定出超欠挖的总作业时间与钻孔深度l和欠挖段为长度y之间的关系为下式(1)所示：
14.t＝s1×
v1+s2×
v2＝0.5v1tanθ[(1+b)y2‑
2bly+bl2]
[0015]
其中，s1为欠挖段的面积，cm2；s2为超挖段的的面积，cm2；v1为欠挖作业速度，v2为超挖作业速度；
[0016]
(3)设定超挖与欠挖作业速度之比为v2/v1＝b，用最小值原理求解上式(1)确定出当时，超欠挖时间t为最小值，即完成隧道超欠挖最优时间的控制。
[0017]ⅰ～
ⅴ
围岩超挖与欠挖作业速度之比值b分别为：
[0018]ⅰ～ⅲ类围岩b＝(0.65～1.0)；
[0019]ⅳ类围岩b＝(1.0～1.35)；
[0020]
ⅴ
类围岩b＝(1.35～1.6)。
[0021]
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0022]
本发明根据钻孔深度l和欠挖段为长度y以及隧道围岩的欠挖等级所对应的修正系数进而合理确定出超欠挖最优时间控制方法，有效地控制了隧道的超欠挖时间，保证工程的进度，并预测出超挖和欠挖平衡点，减少了爆破对围岩的扰动，加快掘进速度，控制了施工成本，使超欠挖值达到最佳数值，有效避免了隧道开挖受作业人员的业务水平的限制影响，为隧道工程施工提高控制依据。
附图说明
[0023]
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0024]
图1为ⅳ级围岩开眼位置及角度示意图。
具体实施方式
[0025]
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
[0026]
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0027]
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
[0028]
本发明涉及的一种基于i
‑
v类围岩超欠挖最优时间控制方法，其包括以下步骤：
[0029]
(1)测定钻孔深度l和欠挖段为长度y以及炮钎的最大倾角θ，计算出超挖段长度＝l
‑
y；
[0030]
(2)按照最优时间控制法可以确定出超欠挖的总作业时间与钻孔深度l和欠挖段为长度y之间的关系为下式(1)所示：
[0031]
t＝s1×
v1+s2×
v2＝0.5v1tanθ[(1+b)y2‑
2bly+bl2]
ꢀꢀ
(1)
[0032]
其中，s1为欠挖段的面积，cm2；s2为超挖段的的面积，cm2；v1为欠挖作业速度，v2为超挖作业速度；
[0033]
(3)设定超挖与欠挖作业速度之比为v2/v1＝b，用最小值原理求解上式(1)确定出当时，超欠挖时间t为最小值，即完成隧道超欠挖最优时间的控制。
[0034]
同时，根据超欠挖时间t所对应的超挖位置，即可确定周边眼钻孔点距离爆破设计
轮廓线的距离为施工提供参考。
[0035]
其中，ⅰ～
ⅴ
围岩超挖与欠挖作业速度之比值b分别为：
[0036]ⅰ～ⅲ类围岩b＝(0.65～1.0)；
[0037]ⅳ类围岩b＝(1.0～1.35)；
[0038]
ⅴ
类围岩b＝(1.35～1.6)。
[0039]
以ⅳ级围岩为例，用三臂凿岩台车施挖，参见图1，进行说明本发明的基于iv类围岩超欠挖最优时间控制方法，主要由以下步骤实现：
[0040]
(1)测定钻孔深度l＝350cm和欠挖段为长度y＝208cm以及炮钎的最大倾角θ＝19.3
°
，计算出超挖段长度＝l
‑
y＝142cm；
[0041]
(2)按照最优时间控制法可以确定出超欠挖的总作业时间与钻孔深度l和欠挖段为长度y之间的关系为下式(1)所示：
[0042]
t＝s1×
v1+s2×
v2＝0.5v1tanθ[(1+b)y2‑
2bly+bl2]
ꢀꢀ
(1)
[0043]
(3)设定超挖与欠挖作业速度之比为v2/v1＝b＝1.3，用最小值原理求解上式(1)确定出当时，超欠挖时间t为最小值，即完成隧道超欠挖最优时间的控制。
[0044]
确定周边眼钻孔点距离爆破设计轮廓线的距离
[0045]
以
ⅴ
级围岩为例，用三臂凿岩台车施挖，进行说明本发明的基于v类围岩超欠挖最小体积控制方法，主要由以下步骤实现：
[0046]
(1)测定钻孔深度l＝350cm和欠挖段为长度y＝208cm以及炮钎的最大倾角θ＝19.3
°
，计算出超挖段长度＝l
‑
y＝142cm；
[0047]
(2)按照最优时间控制法可以确定出超欠挖的总作业时间与钻孔深度l和欠挖段为长度y之间的关系为下式(1)所示：
[0048]
t＝s1×
v1+s2×
v2＝0.5v1tanθ[(1+b)y2‑
2bly+bl2]
ꢀꢀ
(1)
[0049]
(3)设定超挖与欠挖作业速度之比为v2/v1＝b＝1.5，用最小值原理求解上式(1)确定出当时，超欠挖时间t为最小值，即完成隧道超欠挖最优时间的控制。
[0050]
确定周边眼钻孔点距离爆破设计轮廓线的距离
[0051]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。