一种软岩大变形隧道施工过程中围岩压力测试方法与流程

本申请涉及隧道监测的，尤其是涉及一种软岩大变形隧道施工过程中围岩压力测试方法。

背景技术：

1、隧道监控量测作为新奥法的三大核心之一，对评价隧道施工方法的可行性、设计参数的合理性，了解隧道施工实际围岩级别及其变形特性等能够提供准确、及时的依据，其中围岩压力监测更是能够直接反应隧道围岩应力分布状态，所反映数据对隧道二次衬砌的施作时间具有决定性意义。

2、目前在监测隧道围岩时，主要通过压力盒作为终端埋设于初期支护与围岩之间采集围岩应力数据后传输至终端，在围岩中设置温度计及双膜土压力盒,以监测隧道冻胀病害情况。该系统针对寒区隧道多年冻土段围岩冻胀情况,采用压力盒,监测因围岩冻胀对隧道衬砌的影响,针对季节性温度变化,在压力盒处同步布设温度计,以监测冻胀力随温度的变化情况。

3、但以上方法存在如下缺点：1.对于大变形隧道，变形规律不稳定的情况下，围岩应力数据变形多端，无法得出可用数据；2.大变形隧道施工过程中，初支变形易对终端线路及温度计进行破坏，造成数据丢失；3.无法针对衬砌施工完成后隧道受力状态进行分析，确保施工安全。

技术实现思路

1、为了改善大变形隧道施工中变形规律不稳定难以得出准确可用数据的问题，本申请提供一种软岩大变形隧道施工过程中围岩压力测试方法。

2、本申请提供的一种软岩大变形隧道施工过程中围岩压力测试方法采用如下的技术方案：

3、一种软岩大变形隧道施工过程中围岩压力测试方法，包括以下步骤：

4、s1.围岩压力监测，将第一振弦式压力盒安装在围岩与初期支护之间，安装部位分别为拱顶、左右拱腰、左右墙中、左右墙脚及仰拱；

5、s2.钢拱架应力监测，将表面应变计焊接在工字型钢拱架的中间，安装部位分别为拱顶、左右拱腰、左右墙中、左右墙脚及仰拱；

6、s3.初支—二衬接触压力监测，二衬逐段施工完成后，将第二振弦式压力盒安装在二衬与初期支护之间，安装部位分别为拱顶、左右拱腰、左右墙中、左右墙脚及仰拱；

7、s4.二次衬砌钢筋应力监测，将钢筋测力计安装在二衬内、外层主筋位置上，安装部位分别为拱顶、左右拱腰、左右墙中、左右墙脚及仰拱；

8、s5.数据采集，将多个所述第一振弦式压力盒、所述表面应变计、所述第二振弦式压力盒及所述钢筋测力计与数据采集模块、数据处理模块连接。

9、更进一步地，所述步骤s1中，通过现场测定的钢弦频率，按照以下公式计算围岩压力的测量数值：

10、pi＝p0+kj(fi2-f02)

11、式中：p0—所述第一振弦式压力盒标定曲线的截距，通常取p0＝0mpa；

12、kj—第j只所述第一振弦式压力盒的标定系数，mpa/hz2；

13、f0—所述第一振弦式压力盒埋设后初始的频率读数，hz，

14、fi—所述第一振弦式压力盒埋设后第i次测试的频率读数，hz；

15、pi—第i次观测时的压力值，mpa。

16、更进一步地，所述步骤s1中安装所述第一振弦式压力盒时，将围岩待检测部位进行切平处理，切平区域大于所述第一振弦式压力盒的检测面，加工用于安装所述第一振弦式压力盒的安装支架，并将所述安装支架与初期支护的钢支撑或钢拱架焊接固定。

17、更进一步地，所述安装支架包括盒体、固接于所述盒体底端中部的轴杆，所述轴杆垂直于所述盒体底部，所述轴杆长度方向延长线过隧道中线和地平面交点，所述盒体内设置有用于安装所述第一振弦式压力盒的安装板，所述盒体上设置有用于微调所述安装板的微调机构。

18、更进一步地，所述微调机构包括安装在所述盒体内底壁中部的球座，所述安装板底部固接有球铰接于所述球座中的球头，所述盒体底部螺纹穿设有至少三个自由端与所述安装板底面抵触的调节螺栓。

19、更进一步地，所述调节螺栓自由端与所述安装板之间磁吸接触。

20、更进一步地，所述安装板上设置有粘胶层，所述第一振弦式压力盒通过所述粘胶层粘结固定于所述安装板上。

21、更进一步地，在隧道同一测点断面同时进行围岩压力监测、钢拱架应力监测、初支—二衬接触压力监测及二次衬砌钢筋应力监测，且测点断面处的各检测点自拱顶逆时针进行编号。

22、更进一步地，所述步骤s3中，当二衬施工至测点断面时，即安装所述第二振弦式压力盒和所述钢筋测力计。

23、更进一步地，一个测点断面上各检测点准备工作完成后，将所有检测点连接线从二次衬砌拱脚处自pvc管引出。

24、综上所述，本申请的有益技术效果为：

25、1.借助对每个检测断面上8个检测点的实时监测，可以对隧道围岩压力、钢拱架受力状态、二次衬砌受力状态以及衬砌钢筋受力状态进行综合性检测，可以对隧道整个受力状态有更加清晰的认知；对各项检测数据进行处理、分析后，可以对大变形隧道变形规律进行总结，并且还可以对后续施工方法的选择带来数据支撑，有助于隧道施工质量及施工效率的把控；且将数据可有效串联起来进行综合分析，减少了设备故障而导致的误判，使监测数据更加具有说服力；

26、2.对隧道变形状态进行综合性能检测的同时，也对应了隧道的初期支护以及二次衬砌施工工序流程，不会对隧道的正常施工造成过大干扰，可以随动随检，能够对后续工段的隧道施工及时提供数据参考，以利于后续施工工段施工参数的及时修正；

27、3.将安装板球铰接于盒体内后，再将第一振弦式压力盒粘贴在安装板上，通过多个调节螺栓对安装板的安装姿态进行微调，可在轴杆焊接完成后还能对第一振弦式压力盒与围岩的贴合度进行调整，以免同一检测断面在先安装的第一振弦式压力盒在开始启动检测前该检测点处围岩就已发生形变而导致第一振弦式压力盒未与围岩紧密贴合，可以尽可能确保第一振弦式压力盒的有效检测效果。

技术特征：

1.一种软岩大变形隧道施工过程中围岩压力测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种软岩大变形隧道施工过程中围岩压力测试方法，其特征在于，所述步骤s1中，通过现场测定的钢弦频率，按照以下公式计算围岩压力的测量数值：

3.根据权利要求1所述的一种软岩大变形隧道施工过程中围岩压力测试方法，其特征在于，所述步骤s1中安装所述第一振弦式压力盒时，将围岩待检测部位进行切平处理，切平区域大于所述第一振弦式压力盒的检测面，加工用于安装所述第一振弦式压力盒的安装支架，并将所述安装支架与初期支护的钢支撑或钢拱架焊接固定。

4.根据权利要求3所述的一种软岩大变形隧道施工过程中围岩压力测试方法，其特征在于，所述安装支架包括盒体(1)、固接于所述盒体(1)底端中部的轴杆(2)，所述轴杆(2)垂直于所述盒体(1)底部，所述轴杆(2)长度方向延长线过隧道中线和地平面交点，所述盒体(1)内设置有用于安装所述第一振弦式压力盒的安装板(3)，所述盒体(1)上设置有用于微调所述安装板(3)的微调机构。

5.根据权利要求4所述的一种软岩大变形隧道施工过程中围岩压力测试方法，其特征在于，所述微调机构包括安装在所述盒体(1)内底壁中部的球座(41)，所述安装板(3)底部固接有球铰接于所述球座(41)中的球头(42)，所述盒体(1)底部螺纹穿设有至少三个自由端与所述安装板(3)底面抵触的调节螺栓(43)。

6.根据权利要求5所述的一种软岩大变形隧道施工过程中围岩压力测试方法，其特征在于，所述调节螺栓(43)自由端与所述安装板(3)之间磁吸接触。

7.根据权利要求4所述的一种软岩大变形隧道施工过程中围岩压力测试方法，其特征在于，所述安装板(3)上设置有粘胶层(5)，所述第一振弦式压力盒通过所述粘胶层(5)粘结固定于所述安装板(3)上。

8.根据权利要求1-7任一项所述的一种软岩大变形隧道施工过程中围岩压力测试方法，其特征在于，在隧道同一测点断面同时进行围岩压力监测、钢拱架应力监测、初支—二衬接触压力监测及二次衬砌钢筋应力监测，且测点断面处的各检测点自拱顶逆时针进行编号。

9.根据权利要求8所述的一种软岩大变形隧道施工过程中围岩压力测试方法，其特征在于，所述步骤s3中，当二衬施工至测点断面时，即安装所述第二振弦式压力盒和所述钢筋测力计。

10.根据权利要求8所述的一种软岩大变形隧道施工过程中围岩压力测试方法，其特征在于，一个测点断面上各检测点准备工作完成后，将所有检测点连接线从二次衬砌拱脚处自pvc管引出。

技术总结
本申请涉及一种软岩大变形隧道施工过程中围岩压力测试方法，其包括以下步骤：S1.围岩压力监测，将第一振弦式压力盒安装在围岩与初期支护之间；S2.钢拱架应力监测，将表面应变计焊接在工字型钢拱架的中间；S3.初支—二衬接触压力监测，二衬逐段施工完成后，将第二振弦式压力盒安装在二衬与初期支护之间；S4.二次衬砌钢筋应力监测，将钢筋测力计安装在二衬内、外层主筋位置上；S5.数据采集，将多个第一振弦式压力盒、表面应变计、第二振弦式压力盒及钢筋测力计与数据采集模块、数据处理模块连接。本申请可以对隧道围岩压力、钢拱架受力状态、二次衬砌受力状态以及衬砌钢筋受力状态进行综合性检测，可以对隧道整个受力状态有更加清晰的认知。

技术研发人员：黄新宇,张秀鑫,田亮,高别
受保护的技术使用者：中铁十一局集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/29