CN103775091A - 用于立体交叉隧道施工的分区检测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于立体交叉隧道施工的分区检测方法及装置，该分区检测方法包括：接收第一数据，第一数据包括：围岩级别，交叉角度，交叉净距；根据第一数据得出第一隧道上待检测位置处的强度准则值；将计算得出的待检测位置处的强度准则值与预先存储的分区基准值进行比较，确定待检测位置的分区等级。本发明通过接收第一数据，计算得出后建的第一隧道任意检测位置处的强度准则值，将强度准则值与预先存储的分区基准值进行比较，从而确定第一隧道任意位置的强度等级，方便在立体交叉隧道施工前，对立体交叉隧道的相互影响程度进行量化，指导施工过程中隧道支护结构及开挖工法选择，保障施工的安全性及可靠性。

Description

用于立体交叉隧道施工的分区检测方法及装置

技术领域

本发明涉及隧道施工领域，特别地，涉及一种用于立体交叉隧道施工的分区检测方法及装置。

背景技术

随着我国国民经济的发展，对基础设施，尤其是对交通设施建设的需求在不断增加，同时，高等级的交通干线也得到了前所未有的发展。例如：高速/重载铁路和高速公路分别是铁路、公路等陆路交通发展的主方向；城市地铁、城市下穿隧道的修建又是缓和城市交通的重要手段；同时，随着水利水电在西部大开发中的大力发展，引水隧洞的修建随即大量出现。随着铁路、地铁下穿隧道及引水隧洞修建需求的增加，不可避免的造成新建隧道下穿或上跨既有结构物的立体交叉施工工程大量涌现。与单孔、多孔平行隧道相比，立体交叉隧道的结构受力、围岩变形等影响施工安全和结构稳定的问题更为复杂，且相关的研究方法和研究成果比较匮乏。其中，如何在设计或施工前期对立体交叉隧道的相互影响程度进行初步估算，为支护结构参数的设计、开挖工法的选择提供理论依据，目前尚没有系统的技术成果或规范指南。

针对现有技术中在立体交叉隧道施工前无法对立体交叉隧道的相互影响程度进行估算，以指导后续施工过程中隧道支护结构及开挖工法选择的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明目的在于提供一种用于立体交叉隧道施工的分区检测方法及装置，尤其是，一种基于强度准则的用于交叉隧道施工的分区检测方法及装置，以解决现有技术中交叉隧道施工前无法对立体交叉隧道的相互影响程度进行估算的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

根据本发明的一个方面，提供一种用于立体交叉隧道施工的分区检测方法，立体交叉隧道包括先建的第二隧道及与第二隧道间隔且交叉施工的后建的第一隧道，该分区检测方法包括：

接收第一数据，第一数据包括：围岩级别，交叉角度，交叉净距；其中，围岩级别取第一隧道及第二隧道中相对较差的围岩级别、交叉角度为第一隧道及第二隧道的中轴线在水平投影上的交叉锐角、交叉净距为第一隧道上待检测位置处，第一隧道与第二隧道相邻外壁间的距离；

根据第一数据得出第一隧道上待检测位置处的强度准则值，强度准则值的计算公式为：

η₄＝1.39exp[(0.99θ-29.13H-53.53λ)×10^-3]

上式中，η₄为强度准则值、θ为交叉角度、H为交叉净距、λ为围岩级别；

将计算得出的待检测位置处的强度准则值与预先存储的分区基准值进行比较，确定待检测位置的分区等级。

进一步地，交叉净距采用以下计算公式得出：

$H\≈\sqrt{{\left(L\sin \mathrm{\θ}\right)}^2+\mathrm{\Δ}{H}^2}-\frac{D_1+D_2}{2}$

上式中，L为第一隧道上待检测位置处距第一隧道与第二隧道交叉点的距离、ΔH为第一隧道与第二隧道交叉点处的高程差、θ为交叉角度、D1为第一隧道的开挖洞径、D2为第二隧道的开挖洞径。

进一步地，预先存储的分区基准值包括第一分区标准值、第二分区标准值及第三分区标准值；其中，第一分区标准值取[η₄]＜1.04，第二分区标准值取1.04≤[η₄]＜1.09，第三分区标准值取[η₄]≥1.09。

根据本发明的另一方面，还提供一种用于立体交叉隧道施工的分区检测装置，立体交叉隧道包括先建的第二隧道及与第二隧道间隔且交叉施工的后建的第一隧道，该分区检测装置包括：

接收单元，用于接收第一数据，第一数据包括：围岩级别，交叉角度，交叉净距；其中，围岩级别取第一隧道及第二隧道中相对较差的围岩级别、交叉角度为第一隧道及第二隧道的中轴线在水平投影上的交叉锐角、交叉净距为第一隧道上待检测位置处，第一隧道与第二隧道相邻外壁间的距离；

第一计算单元，用于根据第一数据得出第一隧道上待检测位置处的强度准则值，强度准则值的计算公式为：

η₄＝1.39exp[(0.99θ-29.13H-53.53λ)×10^-3]

上式中，η₄为强度准则值、θ为交叉角度、H为交叉净距、λ为围岩级别；

比较判断单元，用于将计算得出的待检测位置处的强度准则值与预先存储的分区基准值进行比较，确定待检测位置的分区等级。

进一步地，该分区检测装置还包括：

第二计算单元，用于计算出交叉净距供第一计算单元调用，交叉净距采用以下计算公式得出：

$H\≈\sqrt{{\left(L\sin \mathrm{\θ}\right)}^2+\mathrm{\Δ}{H}^2}-\frac{D_1+D_2}{2}$

上式中，L为第一隧道上待检测位置处距第一隧道与第二隧道交叉点的距离、ΔH为第一隧道与第二隧道交叉点处的高程差、θ为交叉角度、D1为第一隧道的开挖洞径、D2为第二隧道的开挖洞径。

进一步地，预先存储的分区基准值包括第一分区标准值、第二分区标准值及第三分区标准值；其中，第一分区标准值取[η₄]＜1.04，第二分区标准值取1.04≤[η₄]＜1.09，第三分区标准值取[η₄]≥1.09。

本发明具有以下有益效果：

本发明用于立体交叉隧道施工的分区检测方法及装置，通过接收第一数据，计算得出后建的第一隧道任意检测位置处的强度准则值，将强度准则值与预先存储的分区基准值进行比较，从而确定第一隧道任意位置的强度等级，从而方便在立体交叉隧道施工前，对立体交叉隧道的相互影响程度进行量化，指导施工过程中隧道支护结构及开挖工法选择，保障施工的安全性及可靠性。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例用于立体交叉隧道施工的分区检测装置的原理方框示意图；

图2是本发明优选实施例用于立体交叉隧道施工的分区检测方法的流程示意图；

图3是本发明优选实施例立体交叉隧道的结构示意图；

图4是图3中交叉净距的结构示意图；以及

图5是图3中第一隧道与第二隧道交叉点处的高程差的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

本发明的优选实施例提供了一种用于立体交叉隧道施工的分区检测装置，该装置可以通过计算机设备实现其功能。本发明中的立体交叉隧道包括先建的第二隧道及与第二隧道间隔且交叉施工的后建的第一隧道。

图1是本发明优选实施例立体交叉隧道施工的分区检测装置的原理方框示意图。参照图1，本发明该用于立体交叉隧道施工的分区检测装置包括：接收单元100、第一计算单元200及比较判断单元300。

接收单元100用于接收第一数据，第一数据包括：围岩级别，交叉角度，交叉净距；其中，围岩级别取第一隧道及第二隧道中相对较差的围岩级别，本实施例中，可直接从隧道工程设计报告或者地质勘察资料中获取第一隧道及第二隧道的围岩级别，I～VI级围岩分别采用数字1～6表示，取第一隧道与第二隧道中围岩级别较差的作为围岩级别，即第一隧道及第二隧道中围岩等级低的数字作为围岩级别；交叉角度为第一隧道及第二隧道的中轴线在水平投影上的交叉锐角；交叉净距为第一隧道上待检测位置处，第一隧道与第二隧道相邻外壁间的距离。

图3是本发明优选实施例立体交叉隧道的结构示意图。参照图3，先建的第二隧道20与后建的第一隧道10在O2、O1点处交叉重叠，O2为第二隧道20在交叉点处的隧道中心点，O1为第一隧道10在交叉点处的隧道中心点；第一隧道10的开挖洞径为D1(单位，米)，第二隧道20的开挖洞径为D2(单位，米)；第一隧道10及第二隧道20的中轴线在水平投影上的交叉锐角θ为交叉角度；B为第一隧道10上待检测位置处分析断面的中心点，C为第二隧道20上距B最近的断面的中心点，A为C在水平面上的投影点；交叉净距为第一隧道10上待检测位置处，第一隧道10与第二隧道20相邻外壁间的距离H。

第一计算单元200根据第一数据得出第一隧道上待检测位置处的强度准则值，强度准则值的计算公式为：

η₄＝1.39exp[(0.99θ-29.13H-53.53λ)×10^-3]

上式中，η₄为强度准则值、θ为交叉角度、H为交叉净距、λ为围岩级别。

比较判断单元300将计算得出的待检测位置处的强度准则值与预先存储的分区基准值进行比较，确定待检测位置的分区等级。

根据本实施例，通过接收第一数据，计算得出后建的第一隧道任意检测位置处的强度准则值，将强度准则值与预先存储的分区基准值进行比较，从而确定第一隧道任意位置的强度等级，对于强度准则值较大的分区部位，需加强施工过程中的隧道支护结构强度，对于强度准则值较小的分区部位，则采用常规的单隧道施工支护结构，从而方便在立体交叉隧道施工前，对立体交叉隧道的相互影响程度进行量化，指导施工过程中隧道支护结构及开挖工法选择，保障施工的安全性及可靠性。

优选地，本实施例中，预先存储的分区基准值包括第一分区标准值、第二分区标准值及第三分区标准值；其中，第一分区标准值取[η₄]＜1.04，第二分区标准值取1.04≤[η₄]＜1.09，第二分区标准值取[η₄]≥1.09。若第一隧道上分析位置的强度准则值落入第一分区标准值，则确定该部位为第一分区，即无影响区；若第一隧道上分析位置的强度准则值落入第二分区标准值，则确定该部位为第二分区，即弱影响区；若第一隧道上分析位置的强度准则值落入第三分区标准值，则确定该部位为第三分区，即强影响区。对于无影响区，可以忽略立体交叉隧道施工时的影响，按常规的单隧道施工方案进行，对于弱影响区和强影响区，则应不同程度考虑立体交叉隧道对新建的隧道的施工影响，增强隧道施工的支护结构、选择相应的爆破方案。

优选地，该分区检测装置还包括：第二计算单元400。

第二计算单元400用于计算出交叉净距供第一计算单元300调用，交叉净距采用以下计算公式得出：

$H\≈\sqrt{{\left(L\sin \mathrm{\θ}\right)}^2+\mathrm{\Δ}{H}^2}-\frac{D_1+D_2}{2}$

上式中，L为第一隧道上待检测位置处距第一隧道与第二隧道交叉点的距离、ΔH为第一隧道与第二隧道交叉点处的高程差、θ为交叉角度、D1为第一隧道的开挖洞径、D2为第二隧道的开挖洞径。参照图3，L为第一隧道10上B点至O1点的距离；参照图5，ΔH为在两隧道的交叉点处，第一隧道10的隧道中心点O1与第二隧道20的隧道中心点O2之间的垂直方向上的高程差；参照图4，交叉净距H为第一隧道10上待检测位置处分析断面的中心点B与第二隧道20上的中心点C之间相邻外壁的距离。

本实施例中，通过提取参数L、ΔH、D1、D2及θ，计算得出交叉净距H，简化了参数的测量过程，使得对立体交叉隧道的相互影响程度进行量化过程更为简单、快捷，进而有效指导立体交叉隧道的结构设计与施工方案的选择。

根据本发明的另一方面，本发明实施例提供一种用于立体交叉隧道施工的分区检测方法。该方法运行在计算机设备上。需要说明的是，本发明实施例的立体交叉隧道施工的分区检测方法可以通过本发明实施例所提供的立体交叉隧道施工的分区检测装置来执行，本发明实施例的立体交叉隧道施工的分区检测装置也可以用于执行本发明实施例所提供的立体交叉隧道施工的分区检测方法。

图2给出了本发明优选实施例用于立体交叉隧道施工的分区检测方法的流程示意图。该分区检测方法包括：

步骤S101，接收第一数据，第一数据包括：围岩级别，交叉角度，交叉净距；其中，围岩级别取第一隧道及第二隧道中相对较差的围岩级别、交叉角度为第一隧道及第二隧道的中轴线在水平投影上的交叉锐角、交叉净距为第一隧道上待检测位置处，第一隧道与第二隧道相邻外壁间的距离；

步骤S102，根据第一数据得出第一隧道上待检测位置处的强度准则值，强度准则值的计算公式为：

η₄＝1.39exp[(0.99θ-29.13H-53.53λ)×10^-3]

上式中，η₄为强度准则值、θ为交叉角度、H为交叉净距、λ为围岩级别；

步骤S103，将计算得出的待检测位置处的强度准则值与预先存储的分区基准值进行比较，确定待检测位置的分区等级。

优选地，交叉净距采用以下计算公式得出：

$H\≈\sqrt{{\left(L\sin \mathrm{\θ}\right)}^2+\mathrm{\Δ}{H}^2}-\frac{D_1+D_2}{2}$

上式中，L为第一隧道上待检测位置处距第一隧道与第二隧道交叉点的距离、ΔH为第一隧道与第二隧道交叉点处的高程差、θ为交叉角度、D1为第一隧道的开挖洞径、D2为第二隧道的开挖洞径。

优选地，预先存储的分区基准值包括第一分区标准值、第二分区标准值及第三分区标准值；其中，第一分区标准值取[η₄]＜1.04，第二分区标准值取1.04≤[η₄]＜1.09，第二分区标准值取[η₄]≥1.09。

需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用于立体交叉隧道施工的分区检测方法，其特征在于，所述立体交叉隧道包括先建的第二隧道及与所述第二隧道间隔且交叉施工的后建的第一隧道，该分区检测方法包括：

接收第一数据，所述第一数据包括：围岩级别、交叉角度、交叉净距；其中，所述围岩级别取所述第一隧道及所述第二隧道中相对较差的围岩级别、所述交叉角度为所述第一隧道及所述第二隧道的中轴线在水平投影上的交叉锐角、所述交叉净距为所述第一隧道上待检测位置处，所述第一隧道与所述第二隧道相邻外壁间的距离；

根据所述第一数据得出所述第一隧道上待检测位置处的强度准则值，所述强度准则值的计算公式为：

η₄＝1.39exp[(0.99θ-29.13H-53.53λ)×10^-3]

上式中，η₄为强度准则值、θ为交叉角度、H为交叉净距、λ为围岩级别；

将计算得出的所述待检测位置处的强度准则值与预先存储的分区基准值进行比较，确定所述待检测位置的分区等级。

2.根据权利要求1所述的用于立体交叉隧道施工的分区检测方法，其特征在于，

所述交叉净距采用以下计算公式得出：

$H\≈\sqrt{{\left(L\sin \mathrm{\θ}\right)}^2+\mathrm{\Δ}{H}^2}-\frac{D_1+D_2}{2}$

上式中，L为所述第一隧道上待检测位置处距所述第一隧道与所述第二隧道交叉点的距离、ΔH为所述第一隧道与所述第二隧道交叉点处的高程差、θ为交叉角度、D1为所述第一隧道的开挖洞径、D2为所述第二隧道的开挖洞径。

3.根据权利要求1所述的用于立体交叉隧道施工的分区检测方法，其特征在于，

所述预先存储的分区基准值包括第一分区标准值、第二分区标准值及第三分区标准值；其中，所述第一分区标准值取[η₄]＜1.04，所述第二分区标准值取1.04≤[η₄]＜1.09，所述第三分区标准值取[η₄]≥1.09。

4.一种用于立体交叉隧道施工的分区检测装置，其特征在于，所述立体交叉隧道包括先建的第二隧道及与所述第二隧道间隔且交叉施工的后建的第一隧道，该分区检测装置包括：

接收单元，用于接收第一数据，所述第一数据包括：围岩级别，交叉角度，交叉净距；其中，所述围岩级别取所述第一隧道及所述第二隧道中相对较差的围岩级别、所述交叉角度为所述第一隧道及所述第二隧道的中轴线在水平投影上的交叉锐角、所述交叉净距为所述第一隧道上待检测位置处，所述第一隧道与所述第二隧道相邻外壁间的距离；

第一计算单元，用于根据所述第一数据得出所述第一隧道上待检测位置处的强度准则值，所述强度准则值的计算公式为：

η₄＝1.39exp[(0.99θ-29.13H-53.53λ)×10^-3]

上式中，η₄为强度准则值、θ为交叉角度、H为交叉净距、λ为围岩级别；

比较判断单元，用于将计算得出的所述待检测位置处的强度准则值与预先存储的分区基准值进行比较，确定所述待检测位置的分区等级。

5.根据权利要求4所述的用于立体交叉隧道施工的分区检测装置，其特征在于，还包括：

第二计算单元，用于计算出所述交叉净距供所述第一计算单元调用，所述交叉净距采用以下计算公式得出：

$H\≈\sqrt{{\left(L\sin \mathrm{\θ}\right)}^2+\mathrm{\Δ}{H}^2}-\frac{D_1+D_2}{2}$

上式中，L为所述第一隧道上待检测位置处距所述第一隧道与所述第二隧道交叉点的距离、ΔH为所述第一隧道与所述第二隧道交叉点处的高程差、θ为交叉角度、D1为所述第一隧道的开挖洞径、D2为所述第二隧道的开挖洞径。

6.根据权利要求4所述的用于立体交叉隧道施工的分区检测装置，其特征在于，

所述预先存储的分区基准值包括第一分区标准值、第二分区标准值及第三分区标准值；其中，所述第一分区标准值取[η₄]＜1.04，所述第二分区标准值取1.04≤[η₄]＜1.09，所述第三分区标准值取[η₄]≥1.09。

Images