用於立體交叉隧道施工的監控量測方法

2023-05-14 23:54:31 1

用於立體交叉隧道施工的監控量測方法
【專利摘要】本發明公開了一種用於立體交叉隧道施工的監控量測方法，對立體交叉隧道的不同位置劃分影響分區，影響分區包括靜態施工影響分區和/或爆破震動影響分區；根據靜態施工影響分區和/或爆破震動影響分區分別設計和/或調整監測方案，其中，監測方案的設計或調整包括監測斷面間距、監測點布置、監測頻率及指標控制基準值。本發明避免了因監測方案的盲目性而帶來的冗餘監測造成的資源浪費或關鍵信息缺失而無法及時反映實際力學狀態等弊端，使得立體交叉隧道施工的監測量測方法更具有針對性及科學性。
【專利說明】用於立體交叉隧道施工的監控量測方法【技術領域】
[0001]本發明涉及隧道施工領域，特別地，涉及一種用於立體交叉隧道施工的監控量測方法。
【背景技術】
[0002]隨著我國國民經濟的發展，對基礎設施，尤其是對交通設施建設的需求在不斷增加，同時，高等級的交通幹線也得到了前所未有的發展。例如:高速/重載鐵路和高速公路分別是鐵路、公路等陸路交通發展的主方向；城市地鐵、城市下穿隧道的修建又是緩和城市交通的重要手段；同時，隨著水利水電在西部大開發中的大力發展，引水隧洞的修建隨即大量出現。
[0003]一方面，由於交通設施總量的需求不斷增加，必然出現既有線旁修建新線、一次性建成複線，以及對鐵路既有線進行改造，新建鐵路與公路並行以增大運量；另一方面對列車運行速度和安全性的要求不斷提高，不論新建鐵路隧道還是高速公路隧道，普遍採用上、下行隧道獨立的設計方案。因此，立體交叉隧道必然大量湧現。
[0004]當前，對於立體交叉隧道施工的監控量測方法，尚沒有成熟的規範規程，實際操作過程中，大多基於人為經驗，參照常規的單洞隧道施工的監控量測方法進行，沒有或未能全面考慮立體交叉隧道施工過程中交叉段施工的相互影響程度特徵，導致實際施工過程中，要麼過高估計其影響程度，增加了大量不必要的監測工作，造成資源浪費；要麼過低估計其影響程度，造成關鍵信息缺失，無法反映實際施工狀態，不能有效指導施工，增大了施工風險。
[0005]針對現有技術中立體交叉隧道缺乏成熟的施工監控量測方法及實際施工過程中沒有或未能全面考慮立體交叉隧道施工過程中交叉段施工的影響程度特徵的技術問題，目前尚未提出有效的解決方案。

【發明內容】

[0006]本發明目的在於提供一種用於立體交叉隧道施工的監控量測方法，以解決現有技術中沒有或未能全面考慮立體交叉隧道施工過程中交叉段施工的相互影響程度特徵，導致實際施工過程中，要麼過高估計其影響程度，增加了大量不必要的監測工作，造成資源浪費；要麼過低估計其影響程度，造成關鍵信息缺失，無法反映實際施工狀態，不能有效指導施工，增大了施工風險的技術問題。
[0007]為實現上述目的，本發明採用的技術方案如下:
[0008]一種用於立體交叉隧道施工的監控量測方法，該立體交叉隧道包括先建的第二隧道及與第二隧道間隔且交叉施工的後建的第一隧道，該監控量測方法包括:
[0009]對立體交叉隧道的 不同位置劃分影響分區，其中，影響分區包括靜態施工影響分區和/或爆破震動影響分區，靜態施工影響分區用於評價第一隧道在靜態施工時對第二隧道的結構變形及受力的影響程度，爆破震動影響分區用於評價第一隧道在爆破施工時對第二隧道的結構變形及受力的影響程度；
[0010]根據第一隧道上的靜態施工影響分區和/或爆破震動影響分區設計和/或調整立體交叉隧道的監測方案，其中，監測方案的設計或調整包括:監測斷面間距、監測點布置、監測頻率及指標控制基準值。
[0011]進一步地，靜態施工影響分區為通過計算第一隧道任意分析位置處的靜態施工影響分區準則值，並將靜態施工影響分區準則值與預先設定的分區基準值比較得出，靜態施工影響分區準則值的計算公式為: [0012]η !=0.61exp [ (1.05 θ +120.33Η+225.17 λ ) X 10-3]
[0013]上式中，Il1為靜態施工影響分區準則值、Θ為交叉角度、H為交叉淨距、λ為圍巖級別；其中，交叉角度為第一隧道及第二隧道的中軸線在水平投影上的交叉銳角、交叉淨距為第一隧道任意分析位置處，第一隧道與第二隧道相鄰外壁間的距離、圍巖級別取第一隧道及第二隧道中相對較差的圍巖級別。
[0014]進一步地，靜態施工影響準則值的分區基準值包括第一分區標準值、第二分區標準值及第三分區標準值；其中，第一分區標準值取[H1] > 2.5，第二分區標準值取
1.5 ^ [ η1]<2.5，第三分區標準值取[nj〈l.5。
[0015]進一步地，爆破震動影響分區為通過計算第一隧道任意分析位置處的爆破影響分區準則值，並將爆破影響分區準則值與預先設定的分區基準值比較得出，爆破影響分區準則值的計算公式為:
[0016]η ν=27.60exp (_0.92 X H / D) [0.74+0.04exp (0.02 X θ )]
[0017]上式中，ην為爆破影響分區準則值、Θ為交叉角度、H為交叉淨距、D為開挖洞徑；其中，交叉角度為第一隧道及第二隧道的中軸線在水平投影上的交叉銳角、交叉淨距為第一隧道任意分析位置處，第一隧道與第二隧道相鄰外壁間的距離、D取第一隧道的開挖洞徑。
[0018]進一步地，爆破影響分區準則值的基準值包括第一分區標準值、第二分區標準值及第三分區標準值；其中，第一分區標準值取9 ( [ Πν]〈16，第二分區標準值取5 ( [ nv]〈9，第三分區標準值取[ην]〈5。
[0019]進一步地，交叉淨距採用以下計算公式得出:
[0020]H ?^l(L Sing)2+ Ag 22
[0021]上式中，L為第一隧道任意分析位置處距第一隧道與第二隧道交叉點的距離、ΛΗ為第一隧道與第二隧道交叉點處的高程差、Θ為交叉角度、Dl為第一隧道的開挖洞徑、D2為第二隧道的開挖洞徑。
[0022]進一步地，通過監測方案得到監測結果後，還包括:
[0023]將各監測項目的監測結果與相應的指標控制基準值比較，確定立體交叉隧道各位置的實際影響分區，並驗證實際影響分區與計算得出的影響分區，驗證不匹配時，根據實際影響分區修正靜態施工影響分區和/或爆破震動影響分區。
[0024]進一步地，通過監測方案得到監測結果後，還包括:
[0025]根據各監測項目的監測結果及相應的指標控制基準值，判斷交叉隧道的施工方案是否安全，並生成預警信息。[0026]本發明具有以下有益效果:
[0027]本發明用於立體交叉隧道施工的監控量測方法，通過對立體交叉隧道的不同位置劃分影響分區，並對立體交叉隧道中先建隧道及後建隧道在不同影響分區情況下設計和/或調整監測方案，使得立體交叉隧道施工過程中交叉段施工的相互影響程度得以考慮，避免了因監測方案的盲目性而帶來的冗餘監測造成的資源浪費或關鍵信息缺失而無法及時反映實際力學狀態等弊端，使得立體交叉隧道施工的監測量測方法更具有針對性及科學性，以滿足實際施工的監測需要。
[0028]除了上面所描述的目的、特徵和優點之外，本發明還有其它的目的、特徵和優點。下面將參照圖，對本發明作進一步詳細的說明。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]構成本申請的一部分的附圖用來提供對本發明的進一步理解，本發明的示意性實施例及其說明用於解釋本發明，並不構成對本發明的不當限定。在附圖中:
[0030]圖1是本發明優選實施例用於立體交叉隧道施工的監控量測方法的流程示意圖；
[0031]圖2是本發明優選實施例中立體交叉隧道的結構示意圖；以及
[0032]圖3是本發明另一優選實施例用於立體交叉隧道施工的監控量測方法的流程示意圖。
【具體實施方式】
[0033]以下結合附圖對本發明的實施例進行詳細說明，但是本發明可以由權利要求限定和覆蓋的多種不同方式實施。
[0034]本發明的優選實施例提供了 一種用於立體交叉隧道施工的監控量測方法。本實施例中的立體交叉隧道包括先建的第二隧道及與第二隧道間隔且交叉施工的後建的第一隧道。參照圖1，該監控量測方法包括:
[0035]步驟S101，對立體交叉隧道的不同位置劃分影響分區，其中，影響分區包括靜態施工影響分區和/或爆破震動影響分區，靜態施工影響分區用於評價第一隧道在靜態施工時對第二隧道的結構變形及受力的影響程度，爆破震動影響分區用於評價第一隧道在爆破施工對第二隧道的結構變形及受力的影響程度。
[0036]由於先建的第二隧道與後建的第一隧道在空間上間隔且立體交叉，在對後建的第一隧道進行施工時，需考慮立體交叉段第一隧道對第二隧道結構變形及受力的影響，對立體交叉隧道的相互影響程度進行量化，從而指導第一隧道及第二隧道的監控量測；立體交叉隧道中後建隧道的近接爆破施工，一方面會引起地下洞室巖體力學性質的劣化，如原有裂隙的張開與擴展，新裂隙的產生，巖體聲波速度的降低，滲透係數的增大等，另一方面會改變既有隧道的受力狀態，附加動荷載作用在既有隧道的支護結構上，對既有隧道支護結構亦會產生種種不利影響，如結構承載力下降、支護結構(二次襯砌)的破壞、剝落，變形過大侵入限界等，故亦需考慮爆破施工時，立體交叉段第一隧道與第二隧道間的互相影響，對爆破施工時立體交叉隧道的相互影響程度進行量化，從而指導第一隧道及第二隧道的爆破震動監測。
[0037]步驟S102，根據第一隧道上的靜態施工影響分區和/或爆破震動影響分區設計和/或調整立體交叉隧道的監測方案，監測方案的設計或調整包括:監測斷面間距、監測點布置、監測頻率及指標控制基準值。
[0038]通過對靜態施工時第一隧道與第二隧道間互相影響程度的量化，及爆破施工時第一隧道與第二隧道間互相影響程度的量化，將第一隧道的不同位置劃分靜態施工影響分區和/或爆破震動影響分區，針對其靜態監測項目，設計或調整的監測方案包括:監測斷面間距、監測點布置、監測頻率及指標控制基準值，如，影響程度高的靜態施工影響分區則縮小監測斷面間距、密布監測點布置、提高監測頻率或者收緊指標控制基準值。同理，在第一隧道上不同的爆破震動影響分區，針對其爆破監測項目，設計或調整爆破震動測試監測方案。
[0039]根據本實施例，用於立體交叉隧道施工的監控量測方法，通過對立體交叉隧道的不同位置劃分影響分區，並對立體交叉隧道中先建隧道及後建隧道在不同影響分區的位置設計或調整監測方案，使得立體交叉隧道施工過程中交叉段施工的相互影響程度得以考慮，避免了因監測方案的盲目性而帶來的冗餘監測造成的資源浪費或關鍵信息缺失而無法及時反映實際力學狀態等弊端，使得立體交叉隧道施工的監測量測方法更具有針對性及科學性，以滿足實際施工的監測需要。
[0040]本實施例中，對於後建(即新建)的第一隧道的監測項目及先建(即既有)的第二隧道的監測項目參見表1:
[0041]表1交叉隧道的監測項目
【權利要求】
1.一種用於立體交叉隧道施工的監控量測方法，其特徵在於，所述立體交叉隧道包括先建的第二隧道及與所述第二隧道間隔且交叉施工的後建的第一隧道，該監控量測方法包括: 對所述立體交叉隧道的不同位置劃分影響分區，其中，所述影響分區包括靜態施工影響分區和/或爆破震動影響分區，所述靜態施工影響分區用於評價所述第一隧道在靜態施工時對所述第二隧道的結構變形及受力的影響程度，所述爆破震動影響分區用於評價所述第一隧道在爆破施工時對所述第二隧道的結構變形及受力的影響程度； 根據所述第一隧道上的靜態施工影響分區和/或爆破震動影響分區設計和/或調整所述立體交叉隧道的監測方案，其中，監測方案的設計或調整包括:監測斷面間距、監測點布置、監測頻率及指標控制基準值。
2.根據權利要求1所述的用於立體交叉隧道施工的監控量測方法，其特徵在於， 所述靜態施工影響分區為通過計算所述第一隧道任意分析位置處的靜態施工影響分區準則值，並將所述靜態施工影響分區準則值與預先設定的分區基準值比較得出，所述靜態施工影響分區準則值的計算公式為:
η !=0.61 exp [ (1.05 θ +120.33Η+225.17 λ ) X 10-3] 上式中，H1為靜態施工影響分區準則值、Θ為交叉角度、H為交叉淨距、λ為圍巖級別；其中，所述交叉角度為所述第一隧道及所述第二隧道的中軸線在水平投影上的交叉銳角、所述交叉淨距為所述第一隧道任意分析位置處，所述第一隧道與所述第二隧道相鄰外壁間的距離、所述圍巖級別取所述第一隧道及所述第二隧道中相對較差的圍巖級別。
3.根據權利要求1所述的用於立體交叉隧道施工的監控量測方法，其特徵在於， 所述靜態施工影響準則值的分區基準值包括第一分區標準值、第二分區標準值及第三分區標準值；其中，所述第一分區標準值取[H1] ^ 2.5，所述第二分區標準值取1.5^ [ Π J〈2.5，所述第三分區標準值取[Il1KL 5。
4.根據權利要求1所述 的用於立體交叉隧道施工的監控量測方法，其特徵在於， 所述爆破震動影響分區為通過計算所述第一隧道任意分析位置處的爆破影響分區準則值，並將所述爆破影響分區準則值與預先設定的分區基準值比較得出，所述爆破影響分區準則值的計算公式為:
nv=27.60exp (-0.92 X H / D) [0.74+0.04exp (0.02 X θ )] 上式中，Iiv為爆破影響分區準則值、Θ為交叉角度、H為交叉淨距、D為開挖洞徑；其中，所述交叉角度為所述第一隧道及所述第二隧道的中軸線在水平投影上的交叉銳角、所述交叉淨距為所述第一隧道任意分析位置處，所述第一隧道與所述第二隧道相鄰外壁間的距離、D取所述第一隧道的開挖洞徑。
5.根據權利要求1所述的用於立體交叉隧道施工的監控量測方法，其特徵在於， 所述爆破影響分區準則值的基準值包括第一分區標準值、第二分區標準值及第三分區標準值；其中，所述第一分區標準值取9 < [^]〈16，所述第二分區標準值取5< [nv]<9,所述第三分區標準值取[ην]〈5。
6.根據權利要求2或者4所述的用於立體交叉隧道施工的監控量測方法，其特徵在於， 所述交叉淨距採用以下計算公式得出:
7.根據權利要求6所述的用於立體交叉隧道施工的監控量測方法，其特徵在於， 通過所述監測方案得到監測結果後，還包括: 將各監測項目的監測結果與相應的指標控制基準值比較，確定所述立體交叉隧道各位置的實際影響分區，並驗證實際影響分區與計算得出的影響分區，驗證不匹配時，根據所述實際影響分區修正所述靜態施工影響分區和/或所述爆破震動影響分區。
8.根據權利要求6所述的用於立體交叉隧道施工的監控量測方法，其特徵在於， 通過所述監測方案得到監測結果後，還包括: 根據各監測項目的監測結果及相應的指標控制基準值，判斷所述交叉隧道的施工方案是否安全 ，並生成預警信息。
【文檔編號】E21F17/18GK103775128SQ201410005078
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年1月6日 優先權日:2014年1月6日
【發明者】雷明鋒, 李玉峰, 黃國富 申請人:中國建築第五工程局有限公司