一种长距离盾构施工监测方法与流程

本发明属于盾构隧道施工，尤其涉及一种长距离盾构施工监测方法。

背景技术：

1、钻爆法和机械破岩法是两类典型的矿山和隧道掘进施工方法。然而，传统钻爆法由于扰动大、污染重、安全性能低等劣势，已然无法满足连续化、安全化和绿色化的作业要求。因此机械破岩法将来势必成为岩石破碎领域的主流方向，而盾构法则是典型的代表之一。盾构法由于具有连续、高效、安全绿色等施工特点已被广泛应用于隧道掘进，尤其是长距离隧道。

2、盾构机集开挖、支护和出渣于一体，全方面实现了隧道施工的机械化和自动化。然而由于受现有工艺、设备精度以及外界因素等综合影响，盾构在作业过程中仍会出现无法满足工程需求的现象。因此，全面、有效地监测盾构施工对于确保盾构安全、高效作业具有十分重要的意义。

技术实现思路

1、本发明针对长距离盾构施工的各关键节点，如超前地质预报、盾构掘进、管片状况、同步注浆等，以提高施工质量为目的，提出了一种囊括盾构施工全过程且有利于确保盾构施工安全的长距离盾构施工监测方法。

2、为此，本发明提供的长距离盾构施工监测方法，包括如下步骤：

3、步骤1、掘进前，对掌子面前方进行地质勘察，全面掌握地质变化情况；

4、步骤2、掘进时，在皮带运输机上进行取样，并对挑选的渣样进行点载荷试验，获取岩体强度参数，同时结合数字化图像技术获得渣样等效直径，通过称量皮带运输机上每一环的渣土重量，确定超欠挖情况，在上述基础上，综合考虑岩石强度、岩体完整性、渣土等效直径以及超欠挖情况对掘进参数进行优化，确保掘进参数实时与待开挖地层岩体达到最优匹配；

5、步骤3、掘进完成后，利用管片监测系统对管片拼接、管片上浮以及管片开裂等工序进行实时监测；

6、步骤4、管片拼装后，利用同步注浆监测系统对管片后壁注浆效果进行评价；

7、步骤5、完成单环掘进、换步，并重复上述步骤完成下一环施工。

8、具体的，步骤2中掘进参数优化过程为：

9、step1：首先根据详勘报告和超前地质预报确实初始掘进参数，包括总推进力和刀盘转速；

10、step2：按照初始掘进参数进行掘进，当掘进至一定里程时，在皮带运输机上进行第一次取样，并对挑选的渣样进行点载荷试验，获取所掘进环的实测岩石强度以及该实测岩石强度对应的理论渣样等效直径，同时结合数字化图像技术获得当前掘进距离时对应的实测渣样等效直径；

11、step3：将step2获得的岩体强度与地勘所得的岩体平均强度、理论渣样等效直径与实测渣样等效直径进行对比，同时结合岩体完整性及超欠挖情况对当前掘进参数进行综合调整；

12、step4：按照step3调整后的掘进参数进行掘进，直至完成整环的掘进，其中，在此环掘进结束时在皮带运输机上进行第二次取样，并对挑选的渣样进行点载荷试验，获取此环掘进结束前渣土的实测岩体强度以及该实测岩石强度对应的理论渣样等效直径，同时结合数字化图像技术获得当前掘进距离时实测渣样等效直径；

13、step5：将step4获得的实测岩体强度与地勘所得的岩体平均强度、理论渣样等效直径与实测渣样等效直径进行对比，同时结合岩体完整性及超欠挖情况对当前掘进参数进行综合调整，并以调整后的掘进参数作为下一环的初始掘进参数；其中，

14、step3和step5在掘进参数综合调整过程中，在确保掘进速度满足工程需求的前提下，使得实测渣样等效直径尽量贴近理论值；

15、step6：重复按照step2-step5进行后续掘进。

16、具体的，step3和step5掘进参数综合调整过程如下：

17、根据岩石强度、渣样等效直径、岩体完整性以及超欠挖状况对掘进参数影响程度将其权重分别赋值为0.6、0.2、0.1和0.1，然后以岩体平均强度q0、理论渣样等效直径d0、完整岩体以及超欠挖状况作为参照，将其均赋值为1，将上述岩体强度、岩体完整性、渣样等效直径和超欠挖分别定义为因素a、b、c和d，并分别根据其特征变化制定了如下评分表和掘进参数调整计算公式：

18、f(x)＝0.6a+0.2b+0.1c+0.1d

19、

20、当所计算得到的调整率大于1时，则增加盾构机的推力并适当降低转速，当调整率小于1时，则应减少推力，适当增加转速。

21、具体的，当超前地质预报判断前方存在破碎带或断层时，若采用的盾构为具有土压平衡模式的双模或多模盾构时，则应进行模式转换；若仅为单一的tbm模式，则应预先进行超前加固后，方可继续进行掘进，且加固后的掘进参数调整仍按照上述方法执行。

22、具体的，超前地质预报系统采用盾构搭载式hsp217t型超前地质预报系统以team-2000隧道电法超前地质预报系统对掌子面前方地质条件进行全面综合预报，判断前方是否存在断层破碎带、节理带、孤石以及富水地层。

23、具体的，管片监测系统以巡检机器人为依托，通过布设在管片拱腰及拱顶范围之间的平行轨道为行径路线，通过可旋转摄像头对管片进行全方位扫描。

24、具体的，采用超声波监测仪/地质雷达对管片后壁注浆效果进行监测，若同步注浆后发现围岩与管片之间仍存在空隙或空腔，则及时进行补浆作业，直至浆液充满空腔，若通过补浆仍无法达到要求，对同步浆液进行重新配比或更换注浆材料。

25、与现有技术相比，本发明至少一个实施例具有如下有益效果：通过对长距离盾构施工过程中开挖前、掘进中、管片拼接时、同步注浆过程等各个关键节点进行监控，利用超前地质预报监测系统探测掌子面前方地质变化状况，利用掘进参数监测和优化系统监测掘进参数、衡量破岩效率、超欠挖状况、判断掘进状况并优化掘进参数，利用管片监测系统用于评价管片拼接质量、管片上浮以及管片开裂状况等，利用同步注浆监测系统用于评测管片后壁注浆效果，通过上述监测系统可确保长距离盾构施工更加安全化、高效化和经济化。

技术特征：

1.一种长距离盾构施工监测方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的长距离盾构施工监测方法，其特征在于，步骤2中掘进参数优化过程为：

3.根据权利要求2所述的长距离盾构施工监测方法，其特征在于，step3和step5掘进参数综合调整过程如下：

4.根据权利要求3所述的长距离盾构施工监测方法，其特征在于：当超前地质预报判断前方存在破碎带或断层时，若采用的盾构为具有土压平衡模式的双模或多模盾构时，则应进行模式转换；若仅为单一的tbm模式，则应预先进行超前加固后，方可继续进行掘进，且加固后的掘进参数调整仍按照上述方法执行。

5.根据权利要求1-4任一项所述的长距离盾构施工监测方法，其特征在于：超前地质预报系统采用盾构搭载式hsp217t型超前地质预报系统以team-2000隧道电法超前地质预报系统对掌子面前方地质条件进行全面综合预报，判断前方是否存在断层破碎带、节理带、孤石以及富水地层。

6.根据权利要求1-4任一项所述的长距离盾构施工监测方法，其特征在于：管片监测系统以巡检机器人为依托，通过布设在管片拱腰及拱顶范围之间的平行轨道为行径路线，通过可旋转摄像头对管片进行全方位扫描。

7.根据权利要求1-4任一项所述的长距离盾构施工监测方法，其特征在于：采用超声波监测仪/地质雷达对管片后壁注浆效果进行监测，若同步注浆后发现围岩与管片之间仍存在空隙或空腔，则及时进行补浆作业，直至浆液充满空腔，若通过补浆仍无法达到要求，对同步浆液进行重新配比或更换注浆材料。

技术总结
本发明公开了一种长距离盾构施工监测方法，包括掘进前，对掌子面前方进行地质勘察，全面掌握地质变化情况；掘进时，全面对掘进参数的适用性进行评测和优化。掘进完成后，利用管片监测系统对管片拼接、管片上浮以及管片开裂等工序进行实时监测。管片拼装后，利用同步注浆监测系统对管片后壁注浆效果进行评价。完成单环掘进、换步，并重复上述步骤完成下一环施工。通过上述监测系统可确保长距离盾构施工更加安全化、高效化和经济化。

技术研发人员：王振华,刘栋,杨学营,周伟,王忠钊,王少勇,樊博涛,常群,阳军生,唐宇,陈林,王冠杰,兰平,彭勇,陈涛,牛少侠,韩珮珣,龚杨,郭汝兴,林永鹏,杨斌,张志良,李洋德,朱小康,欧阳家帆,尚程艺,王子豪,曾彪,王海波,邹柳萍
受保护的技术使用者：中铁三局集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16