CN103233741A - 定量化评价超大型地下洞室群施工期围岩稳定性的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种超大型地下洞室群施工期围岩稳定性监测方法，具体的说是涉及用于水电站施工期的超大型地下厂房洞室群的围岩稳定性监测方法。本发明所述的方法主要步骤为：通过多种地质采集方法采集围岩的地质参数，根据采集到的地质参数判断围岩地质是否明显不稳定，对则对采集到的地质参数信息进行处理，将处理后的数据进行分级，每级数据对应预设的稳定性程度判断值。本发明的有益效果为，提供了一种有效的定量化评价超大型地下洞室群施工期围岩稳定性的方法，从而能够获得直观准确的稳定性判断数据，更加有利于围岩稳定，确保施工安全，保障工程顺利建设和长期安全稳定运行。本发明尤其适用于超大型地下洞室群施工期围岩稳定性监测。

Description

定量化评价超大型地下洞室群施工期围岩稳定性的方法

技术领域

本发明涉及定量化评价超大型地下洞室群施工期围岩稳定性的方法，具体的说是涉及用于水电站施工期的超大型地下厂房洞室群的围岩稳定性监测方法。

背景技术

超大型地下洞室群工程问题复杂，很多工作都超出了现有经验和实践的认识，无专门的地下厂房设计规范可依，无类似工程和研究成果可供借鉴，问题复杂，富有挑战性。受限于超大型地下洞室群工程问题的复杂性、现有技术水平和实践认识，迄今为止尚无一个评价超大型地下洞室群施工期围岩稳定安全的工作流程、标准与方法体系，现有设计与评价多是建立在经验类比的基础上，工作程序缺乏系统性和连贯性，无法真正贯彻“设计→施工→监测→反馈→预测→设计变更→指导施工”的循环开挖设计模式；同时，以围岩分类及工程类比、地质模型试验、参照规范、数值分析等围岩稳定评价方法在超大型地下洞室群围岩稳定安全评价中多是以定性方式出现，现有技术多是单一方法或单一指标在围岩稳定评价方面的应用，缺乏全面性和代表性。

因此，超大型地下洞室群施工期围岩稳定性问题突出，安全控制难，给工程设计施工带来很大困扰，缺乏一个系统的由流程、方法和标准构成的能够定量化评价围岩稳定性的方法。

发明内容

本实发明所要解决的技术问题是提出定量化评价超大型地下洞室群施工期围岩稳定性的方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：定量化评价超大型地下洞室群施工期围岩稳定性的方法，其特征在于，包括以下步骤：

a.通过多种地质采集方法采集围岩的地质参数，将采集到的参数通过输入设备输入系统；

b.根据采集到的地质参数判断围岩地质是否明显不稳定，包括围岩类别稳定性判断、块体稳定性判断和松弛圈及变形迹象分析，若是，则通过显示模块反馈清除围岩信息，若否，则进入步骤c，这里采用的判断方式可以为通过与预设的数据进行对比，通过对比得出的大小来判断围岩地质的稳定性；

c.对采集到的地质参数信息传输到处理模块进行处理，将处理后的数据与施工期洞室群围岩稳定性监测评价标准进行对比，进行分级处理，每级数据对应预设的稳定性程度判断值，这里采用的处理模块为计算机处理器，处理方法为对数据进行位移以及计算变化率等；

d.将分级后的监测数据通过显示模块反馈给操作员。

具体的，所述地质采集方法包括快速编录、地质巡视和快速测试中的一种或多种，所述快速编录包括地质编录、数码摄像和三维激光采集中的一种或多种，所述快速测试包括声波测试、孔内电视测试、地质雷达测试、超前导洞测试和地应力测试中的一种或多种。

具体的，步骤c中所述分级处理包括三级，其中第一级对应围岩稳定性较高，第二级对应围岩稳定性一般，第三级对应围岩稳定性较差。

具体的，步骤c还包括以下步骤：

c1.对分级结果为第二级或第三级的数据，进行锚索超限比例分级指标验证，并判断验证结果是否小于预设的界限值，若小于，则输出结果为围岩整体稳定，若大于，则进入步骤c2；

c2.对围岩的全局整体稳定性进行分析判断并输出判断结果。

具体的，步骤c2还包括以下步骤：

c21.输入施工信息，采用洞周松弛参数场的自动反馈分析有限元法、基于围岩松动圈的围岩参数场并行智能优化反演分析法和复杂地应力场及洞周分区分级松动区时效模型的智能反馈分析法中的一种或多种方法分析围岩的全局整体性，并根据分析结果结合施工期洞室群围岩稳定安全评价标准的整体稳定评价标准判断围岩的全局整体性是否稳定，若是，则调整系统支护参数并重复步骤c21，若否，则进入步骤c22；

c22.根据步骤c21的分析结果判断围岩是否有局部性问题，若是，则调整局部支护参数，并返回步骤c21，若否，则输出结果为围岩稳定。

具体的，步骤c22中为采用块体稳定分析法进行围岩局部稳定性分析，并根据分析成果结合施工期洞室群围岩稳定安全评价标准的块体稳定评价标准进行围岩块体稳定判断。

具体的，还包括以下步骤：

e.进行后续开挖围岩稳定性数据预处理并判断预处理得到的数据代表的围岩稳定性是否较高，若是，则输出本阶段数据及预处理的数据结果，若否，则调整支护参数，并返回步骤c。

本发明的有益效果为，提供了一种有效的定量化评价超大型地下洞室群施工期围岩稳定性的方法，使得超大型地下洞室群施工期围岩稳定评价由“定性评价”上升至“定量评价”，从而能够获得直观准确的稳定性判断数据，更加有利于围岩稳定，确保施工安全，保障工程顺利建设和长期安全稳定运行。

附图说明

图1为本发明的定量化评价超大型地下洞室群施工期围岩稳定性的方法的流程图。

具体实施方式

下面根据附图对本发明做进一步的详细描述

本发明提出的定量化评价超大型地下洞室群施工期围岩稳定性的方法，主要步骤为：在地下洞室群开挖开始后，假设开挖处于第i个开挖梯段，首先通过采集围岩的地质特征参数对围岩的稳定性进行快速判断，若判断结果有围岩不稳定现象，直接进行开支护设计与动态调整；在地质判断模块完成判断后，对判断结果为不稳定的情况再次进行判断，分为整体性与局部性稳定性判断，对判断为不稳定的局部进行开支护设计与动态调整；在上述两步判断步骤完成后，若有必要，则进一步对围岩稳定状况做出评价，若围岩不稳定，则修改开挖支护设计参数直到围岩稳定满足评价标准要求。在三个层次的评价完成后，若开挖尚未结束，则返回开始，进入第i+1个梯段的围岩稳定评价，如此反复，直到地下洞室群开挖结束。

如图1所示，本发明的超大型地下洞室群施工期围岩稳定性监测方法的工作流程步骤为：

1、采用快速编录（地质编录、数码摄像、三维激光）、地质巡视、快速测试（声波、孔内电视、地质雷达、超前导洞（孔）、地应力）的地质采集方法，完成围岩地质参数的采集，包括有围岩基本地质条件、岩体结构类型、围岩类别、围岩变形破坏迹象和围岩松动圈等参数数据信息。

2、在第1步基础上，可直接进行围岩地质初步判断，含围岩类别稳定判断、块体稳定判断和松弛圈评价与变形迹象评价分析，也可在第一步基础上，采用GOCAD建模，进而进行围岩地质初步评价，包含围岩类别稳定判断、块体稳定判断、松弛圈评价与变形迹象评价分析。

3、如果第2步判断结果显示围岩明显不稳定，应该及时通过显示模块显示出清除指令；指导操作人员进行围岩清除，若第2步判断结果显示围岩稳定性差或基本稳定，则对采集到的参数数据进行处理，在数据处理后得到的总位移、增量位移及支护荷载等信息的基础上，根据所提出的施工期洞室群围岩稳定监测评价标准，进行监测分级指标评价，超大型地下洞室群施工期围岩监测安全分级标准见表1。

表1 超大型地下洞室群施工期围岩监测安全分级标准

4、若围岩监测分级评价结果为监测1级，表明围岩稳定；若评价结果为监测2级，需要加强监测；若评价结果为监测3级，需要对监测危险部位进行局部加强支护。

5、对监测评价分级结果为监测2级和监测3级的监测成果，需要进一步验证锚索超限比例分级指标的验证，若进一步验证结果小于界限值，表明围岩整体稳定；若进一步验证结果大于界限值，则需要进一步分析处理。

6、进行地质、监测、施工信息动态跟进，输入施工信息，采用考虑洞周松弛参数场的自动反馈分析有限元法、或基于围岩松动圈的围岩参数场并行智能优化反演分析法，或考虑复杂地应力场及洞周分区分级松动区时效模型的智能反馈分析法进行围岩稳定反分析；然后根据分析成果，结合施工期洞室群围岩稳定安全评价标准的整体稳定评价标准进行围岩稳定判断，施工期地下洞室群围岩稳定安全评价标准见表2。若判断结果显示有整体稳定问题，需要调整系统支护参数，然后返回并重新进行围岩稳定评价；若判断结果显示有局部稳定问题，需要调整局部支护参数，然后返回、重新进行围岩稳定判断；若判断结果显示围岩稳定，则进行后续开挖预测预报——若预测结果为围岩稳定安全，则进行阶段成果整理与输出；若预测结果显示围岩不稳定，则需要调整支护参数，返回并重新进行评价分析判断。

表2 施工期地下洞室群围岩稳定安全评价标准

注：k_max为研究对象洞室群工程的最大容许位移，计算公式为

其中，h为边墙最大高度，UCS为岩石单轴抗压强度、σ₁为工程区实测最大原岩主应力，B为洞室最大跨度。

7、对局部稳定性进行分析：采用块体稳定分析方法（unwedge）进行围岩局部稳定分析，然后根据分析成果，结合施工期洞室群围岩稳定安全评价标准的块体稳定评价标准进行围岩块体稳定评价。若判断结果表明块体不稳定，则调整局部支护参数，返回并重新进行判断；若判断结果为块体稳定，则进行后续开挖预测预报——若预测结果为块体稳定安全，则进行阶段性数据的整理与输出；若预测结果为块体不稳定，则需要调整支护参数，返回并重新进行评价分析。

根据本发明提出的方法所建立的超大型地下洞室群施工期围岩稳定性监测系统，操作人员只用输入各个阶段的数据，便能迅速的得到该阶段围岩的定量的可评价围岩稳定性的值，从而能准确直观的指导施工过程，保障施工现场的安全。

Claims (7)

1.定量化评价超大型地下洞室群施工期围岩稳定性的方法，其特征在于，包括以下步骤：

a.通过多种地质采集方法采集围岩的地质参数，将采集到的参数通过输入设备输入系统；

b.根据采集到的地质参数判断围岩地质是否明显不稳定，包括围岩类别稳定性判断、块体稳定性判断和松弛圈及变形迹象分析判断，若是，则通过显示模块反馈清除围岩信息，若否，则进入步骤c；

c.对采集到的地质参数信息传输到处理模块进行处理，将处理后的数据与施工期洞室群围岩稳定性监测评价标准进行对比，进行分级处理，每级数据对应预设的稳定性程度判断值；

d.将分级后的监测数据通过显示模块反馈给操作员。

2.根据权利要求1所述的定量化评价超大型地下洞室群施工期围岩稳定性的方法，其特征在于，所述地质采集方法包括快速编录、地质巡视和快速测试中的一种或多种，所述快速编录包括地质编录、数码摄像和三维激光采集中的一种或多种，所述快速测试包括声波测试、孔内电视测试、地质雷达测试、超前导洞测试和地应力测试中的一种或多种。

3.根据权利要求1或2所述的定量化评价超大型地下洞室群施工期围岩稳定性的方法，其特征在于，步骤c中所述分级处理包括三级，其中第一级对应围岩稳定性较高，第二级对应围岩稳定性一般，第三级对应围岩稳定性较差。

4.根据权利要求3所述的定量化评价超大型地下洞室群施工期围岩稳定性的方法，其特征在于，步骤c还包括以下步骤：

c1.对分级结果为第二级或第三级的数据，进行锚索超限比例分级指标验证，并判断验证结果是否小于预设的界限值，若小于，则输出结果为围岩整体稳定，若大于，则进入步骤c2；

c2.对围岩的全局整体稳定性进行分析判断并输出判断结果。

5.根据权利要求4所述的定量化评价超大型地下洞室群施工期围岩稳定性的方法，其特征在于，步骤c2还包括以下步骤：

c21.输入施工信息，采用洞周松弛参数场的自动反馈分析有限元法、基于围岩松动圈的围岩参数场并行智能优化反演分析法和复杂地应力场及洞周分区分级松动区时效模型的智能反馈分析法中的一种或多种方法分析围岩的全局整体性，并根据分析结果结合施工期洞室群围岩稳定安全评价标准的整体稳定评价标准判断围岩的全局整体性是否稳定，若是，则调整系统支护参数并重复步骤c21，若否，则进入步骤c22；

c22.根据步骤c21的分析结果判断围岩是否有局部性问题，若是，则调整局部支护参数，并返回步骤c21，若否，则输出结果为围岩稳定。

6.根据权利要求5所述的定量化评价超大型地下洞室群施工期围岩稳定性的方法，其特征在于，步骤c22中为采用块体稳定分析法进行围岩局部稳定性分析，并根据分析成果结合施工期洞室群围岩稳定安全评价标准的块体稳定评价标准进行围岩块体稳定判断。

7.根据权利要求4～6任意一项所述的定量化评价超大型地下洞室群施工期围岩稳定性的方法，其特征在于，还包括以下步骤：

e.进行后续开挖围岩稳定性数据预处理并判断预处理得到的数据代表的围岩稳定性是否较高，若是，则输出本阶段数据及预处理的数据结果，若否，则调整支护参数，并返回步骤c。

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