CN107505650A - 小间距隧道中间岩墙的安全性评价系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种小间距隧道中间岩墙的安全性评价系统及方法，其中，声波探头(1)通过连接线与声波检测仪(2)连接，声波检测仪(2)通过连接线与计算机(3)连接；计算机(3)通过控制声波检测仪(2)实施声波的发射和接收；声波探头(1)被置于测量孔中，该测量孔内注满水(5)以使声波探头(1)的探头和测量孔的孔壁有良好的声耦合，测量孔的孔口装有封堵器(4)；该测量孔位于中间岩墙边墙的拱肩部位，测量孔倾斜向上且其中心线与水平线之间的夹角呈设定夹角；测量孔的深度L大于爆破损伤破坏围岩的深度。本发明通过声波探头(1)测量出中间岩墙承受应力最薄弱的位置的纵波速度，因此可以依此为依据准确评价中间岩墙的安全性。

Description

小间距隧道中间岩墙的安全性评价系统及方法

技术领域

本发明涉及土木工程施工技术领域，特别是涉及一种小间距隧道中间岩墙的安全性评价系统及方法。

背景技术

在小间距隧道的爆破施工中，由于中间岩墙先后遭受先行隧道爆破施工和后行隧道爆破施工的双向影响，容易对中间岩墙造成双面爆破损伤破坏。中间岩墙遭受爆破损伤的程度决定了中间岩墙的安全性，进而决定了小间距隧道爆破施工的安全性。为了更好地保障工程施工的顺利进行，需要通过爆破设计、施工和监测以最大程度的降低爆破振动。

目前，对小间距隧道爆破施工时中间岩墙安全性的评价依据主要是基于选取的围岩力学参数及爆破施工时的爆破参数进行数值计算，然后基于该计算结果来评价中间岩墙的安全性。由于现有技术在进行数值计算时选取的参数不能反映中间岩墙内部的情况，因此通过这些选取的参数进行计算而得到的计算结果不能准确评价中间岩墙的安全性，难以确保小间距隧道爆破施工的安全。

发明内容

本发明的目的是针对现有的技术问题，提供一种小间距隧道中间岩墙的安全性评价系统及方法，其相对于现有技术，能够准确评价中间岩墙的安全性。

本发明的目的通过如下技术方案实现：

本发明提供一种小间距隧道中间岩墙的安全性评价系统，其包括：

声波探头、声波检测仪和计算机；

声波探头通过连接线与声波检测仪连接，声波检测仪通过连接线与计算机连接；计算机通过控制声波检测仪实施声波的发射和接收；

声波探头被置于测量孔中，该测量孔位于中间岩墙边墙的拱肩部位，该测量孔的深度L大于爆破损伤破坏围岩的深度，测量孔内注满水以使声波探头的探头和测量孔的孔壁有良好的声耦合，测量孔的孔口装有封堵器。

更优选地，所述测量孔倾斜向上且其中心线与水平线之间的夹角呈设定夹角。

更优选地，所述设定夹角为30°～60°。

更优选地，所述设定夹角为45°。

更优选地，所述声波探头包括：

第一接收器、第二接收器和发射器；

所述计算机通过声波检测仪控制声波探头和第二接收器接收声波信息，并将接收到的声波信息通过声波检测仪传输给计算机。

本发明还提供一种小间距隧道中间岩墙的安全性评价方法，其包括：

步骤S101，确定小间距隧道中间岩墙边墙拱肩部位为测点位置；

步骤S102，在测点位置钻测量孔，该测量孔的深度L大于爆破损伤破坏围岩的深度；

步骤S103，将声波探头放到测量孔底部，声波探头通过连接线与声波检测仪连接，声波检测仪通过连接线与计算机连接；测量孔内部灌满水，并在测量孔孔口位置用封堵器封住；

步骤S104，自测量孔底部向孔口方向，按照设定间隔值移动声波探头，并基于每次声波探头所处位置测量该处围岩的纵波速度，得到自测量孔的孔底到孔口处围岩的纵波速度；

步骤S105，根据得到的测量孔孔底到孔口处围岩的纵波速度，确定受爆破振动损伤破坏的围岩的范围以及该范围内围岩纵波速度减小的程度。

更优选地，所述设定间隔值为20cm。

更优选地，所述测量孔的中心线倾斜向上，且与水平线之间呈设定夹角。

更优选地，所述该设定夹角为30°～60°。

更优选地，所述步骤S104中的基于每次声波探头通过声波检测仪控制声波探头的发射器发射声波；在发射器发射的声波中，纵波的传播速度最快，首先达到第一接收器和第二接收器；

第一接收器和第二接收器接收声波信息，然后把接收到的声波信息通过声波检测仪传输给计算机；

计算机根据纵波到达第一接收器和第二接收器的时刻，求差值即计算出纵波在第一接收器和第二接收器之间传播的时间，然后再根据第一接收器和第二接收器之间的距离，计算第一接收器和第二接收器之间围岩的纵波速度。

由上述本发明的技术方案可以看出，本发明具有如下技术效果：

1、本发明通过声波探头测量出测量孔的孔底到孔口围岩的纵波速度，，因此能够反映出岩体内部的声波速度变化，因此以该岩体内部的声波速度变化为基础能准确评价中间岩墙的安全性，进而能够确保小间距隧道爆破施工的安全。

2、由于声波探头位于中间岩墙边墙的拱肩部位，该位置是中间岩墙承受应力最薄弱的位置，因此以该位置处的岩体内部的声波速度变化为基础评价中间岩墙的安全性，更能够确保小间距隧道爆破施工的安全。

3、本发明通过在测量孔内注满水以使声波探头的探头和测量孔的孔壁有良好的声耦合，更能使得测得的声波速度变化真实反映出岩体内部受爆破破坏的程度，因此以此参数为基础评价中间岩墙的安全性，更能够确保小间距隧道爆破施工的安全。

附图说明

图1为本发明实施例一的结构示意图；

图2为本发明中的测量孔的布置位置示意图；

图3为本发明实施例二的实施流程图。

附图中：

声波探头1、声波检测仪2、计算机3、封堵器4、水5；第一接收器11、第二接收器12和发射器13。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。

实施例一：

本发明提供一种小间距隧道中间岩墙的安全性评价系统，其结构如图1所示，包括：声波探头1、声波检测仪2和计算机3。声波探头1通过连接线与声波检测仪2连接，声波检测仪2通过连接线与计算机3连接。计算机3通过控制声波检测仪2实施声波的发射和接收。

该声波探头1被置于测量孔中，该测量孔内注满水5以使声波探头1的探头和测量孔的孔壁有良好的声耦合，测量孔的孔口装有封堵器4。该封堵器4可以为气囊封堵塞，也可以为其它封堵器，如橡胶封堵器。该声波探头1为一发双收声波探头，其包括第一接收器11、第二接收器12和发射器13。

上述测量孔的布置位置如图2所示，该测量孔位于中间岩墙边墙拱肩部位。为了尽量使测得的数据真实反映中间岩墙爆破破坏程度，使测量孔倾斜向上且其中心线与水平线之间的夹角呈设定夹角。该设定夹角为30°～60°。优选地，该设定夹角为45°。

小间距隧道开挖完成后，对中间岩墙拱肩部位做安全防护，然后开始钻测量孔，测量孔的直径大于声波探头的直径以满足能够将声波探头轻松地安放至该测量孔中。

根据工程经验，爆破损伤破坏围岩的深度小于4m。为了使得测量数据反映出未扰动围岩的纵波速度以及受爆破振动损伤破坏的围岩纵波速度值，测量孔的深度需大于爆破损伤破坏围岩的深度，因此，可以确定测量孔的深度L＝5～6m。

上述实施例一的安装过程如下：

小间距隧道爆破开挖完成后，在中间岩墙拱肩部位钻测量孔，然后把测试探头放入测量孔指定位置，然后测量孔中注满水，使探头与炮孔壁达到耦合。计算机3通过声波检测仪2控制声波探头1的发射器13发射声波，第一接收器11和第二接收器12接收声波信息，然后把第一接收器11和第二接收器12接收到的声波信息通过声波检测仪2传输给计算机3并存入计算机的存储器中。

实施例一的工作原理如下：

首先在测量孔的底部开始进行测试；完成测试后，自测量孔底部向孔口方向移动声波探头1，移动的距离等于设定间隔值，如20cm；然后进行测试。按照此方法一直到声波探头1移至测试孔的孔口。

在发射器13发射的声波中，纵波的传播速度最快，首先达到第一接收器11和第二接收器12。根据纵波到达第一接收器11和第二接收器12的时刻，求差值即可以计算出纵波在第一接收器11和第二接收器12之间传播的时间，然后再根据第一接收器11和第二接收器12之间的距离，可以计算第一接收器11和第二接收器12之间围岩的纵波速度。

进行一系列的测试后，可以得到测量孔的孔底到孔口围岩的纵波速度。测量孔孔底部位的围岩是未受爆破振动损伤破坏的围岩，此孔底部位处的纵波速度相当于未扰动围岩的纵波速度；而测量孔孔口部位的围岩是受到爆破振动损伤破坏的围岩，此孔口部位处的纵波速度相当于受爆破振动损伤破坏围岩的纵波速度。未受爆破振动损伤破坏的围岩纵波速度值较大，受爆破振动损伤破坏的围岩纵波速度值较小。根据得到的测量孔孔底到孔口围岩的纵波速度，可以确定受爆破振动损伤破坏的围岩范围以及破坏范围内围岩纵波速度减小的程度，基于该围岩纵波速度可以评估中间岩墙的稳定性及支护参数。

实施例二：

本发明实施例二提供一种小间距隧道中间岩墙的安全性评价方法，其实施过程如图3所示，包括如下步骤：

步骤S101，确定小间距隧道中间岩墙边墙拱肩部位为测点位置。

基于隧道工程理论可知，隧道的拱肩部位受力最大，小坍塌多数由隧道拱肩部位开始。因此，小间距隧道边墙拱肩部位是最薄弱部位，该部位的安全性直接影响着小间距隧道的安全性，因此本发明人确定此位置为监测点布置位置，以此来监测中间岩墙的安全性。

步骤S102，在测点位置钻测量孔，该测量孔的中心线倾斜向上，且与水平线之间呈设定夹角。

该设定夹角为30°～60°，优选地该设定夹角为45°。

测量孔布置如图1所示，具体情况与实施例一中相同，这里不再详细描述。

步骤S103，安装好实施例一的小间距隧道中间岩墙的安全性评价系统。

将声波探头1放到测量孔底部，声波探头1通过连接线与声波检测仪2连接，声波检测仪2通过连接线与计算机3连接。测量孔内部灌满水，并在测量孔孔口位置用封堵器封住。

步骤S104，利用安装好的小间距隧道中间岩墙的安全性评价系统，自测量孔底部向孔口方向，按照设定间隔值移动声波探头1，并基于每次声波探头1所处位置测量该处围岩的纵波速度，得到自测量孔的孔底到孔口处围岩的纵波速度。

首先在测量孔的底部开始进行测试；完成测试后，自测量孔底部向孔口方向移动声波探头1，移动的距离等于设定间隔值，如20cm；然后基于每次声波探头1所处位置测量该处围岩的纵波速度。按照此方法一直到声波探头1移至测试孔的孔口，最终得到测量孔的孔底到孔口围岩的纵波速度。

在基于每次声波探头1所处位置进行测量时，首先，计算机3通过声波检测仪2控制声波探头1的发射器13发射声波；在发射器13发射的声波中，纵波的传播速度最快，首先达到第一接收器11和第二接收器12；第一接收器11和第二接收器12接收声波信息，然后把接收到的声波信息通过声波检测仪2传输给计算机3；计算机3根据纵波到达第一接收器11和第二接收器12的时刻，求差值即可以计算出纵波在第一接收器11和第二接收器12之间传播的时间，然后再根据第一接收器11和第二接收器12之间的距离，计算第一接收器11和第二接收器12之间围岩的纵波速度。

步骤S105，根据得到的测量孔孔底到孔口处围岩的纵波速度，以确定受爆破振动损伤破坏的围岩的范围以及该范围内围岩纵波速度减小的程度。

声波测试实质是利用超声波通过介质时波速或振幅的变化情况来研究介质的性态，如应力状态、位移变形情况及介质的完整性等。声波在岩体中传播时，如果在其传播路径上有裂缝存在，声波就会在裂缝处发生绕射，使传播距离增大，走时增加，波速下降。岩体中的裂缝越多、越密、越长，绕射现象就越严重，波速也就越低。采用钻爆方法开挖小间距隧道时，由于二次应力及爆破应力的作用，中间岩墙中会产生新裂隙、原有裂隙进一步扩展、松动等变化，声波在中间岩墙中的传播速度必然下降，因此，可以通过检测小间距隧道边墙拱肩部位围岩的波速变化，来确定该中间岩墙的爆破损伤破坏情况。

由于测量孔孔底部位的围岩是未受爆破振动损伤破坏的围岩，此孔底部位处的纵波速度相当于未扰动围岩的纵波速度；而测量孔孔口部位的围岩是受到爆破振动损伤破坏的围岩，此孔口部位处的纵波速度相当于受爆破振动损伤破坏围岩的纵波速度。未受爆破振动损伤破坏的围岩纵波速度值较大，受爆破振动损伤破坏的围岩纵波速度值较小。因此，根据得到的测量孔孔底到孔口围岩的纵波速度，可以确定出受爆破振动损伤破坏的围岩范围以及该范围内围岩纵波速度减小的程度。由此可见，基于该围岩纵波速度可以评估中间岩墙的稳定性及支护参数。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但实施例并不限定本发明。在不脱离本发明之精神和范围内，所做的任何等效变化或润饰，同样属于本发明之保护范围。因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求所界定的内容为标准。

Claims (10)

1.一种小间距隧道中间岩墙的安全性评价系统，其特征在于，所述小间距隧道中间岩墙的安全性评价系统包括：

声波探头(1)、声波检测仪(2)和计算机(3)；

声波探头(1)通过连接线与声波检测仪(2)连接，声波检测仪(2)通过连接线与计算机(3)连接；计算机(3)通过控制声波检测仪(2)实施声波的发射和接收；

声波探头(1)被置于测量孔中，该测量孔位于中间岩墙边墙的拱肩部位，该测量孔的深度L大于爆破损伤破坏围岩的深度，测量孔内注满水(5)以使声波探头(1)的探头和测量孔的孔壁有良好的声耦合，测量孔的孔口装有封堵器(4)。

2.根据权利要求1所述的一种小间距隧道中间岩墙的安全性评价系统，其特征在于，所述测量孔倾斜向上且其中心线与水平线之间的夹角呈设定夹角。

3.根据权利要求2所述的一种小间距隧道中间岩墙的安全性评价系统，其特征在于，所述设定夹角为30°～60°。

4.根据权利要求2所述的一种小间距隧道中间岩墙的安全性评价系统，其特征在于，所述设定夹角为45°。

5.根据权利要求1所述的一种小间距隧道中间岩墙的安全性评价系统，其特征在于，所述声波探头(1)包括：

第一接收器(11)、第二接收器(12)和发射器(13)；

所述计算机(3)通过声波检测仪(2)控制声波探头(1的发射器(13发射声波；第一接收器(11)和第二接收器(12)接收声波信息，并将接收到的声波信息通过声波检测仪(2)传输给计算机(3)。

6.一种小间距隧道中间岩墙的安全性评价方法，其特征在于，所述小间距隧道中间岩墙的安全性评价方法包括：

步骤S101，确定小间距隧道中间岩墙边墙拱肩部位为测点位置；

步骤S102，在测点位置钻测量孔，该测量孔的深度L大于爆破损伤破坏围岩的深度；

步骤S103，将声波探头(1)放到测量孔底部，声波探头(1)通过连接线与声波检测仪(2)连接，声波检测仪(2)通过连接线与计算机(3)连接；测量孔内部灌满水，并在测量孔孔口位置用封堵器封住；

步骤S104，自测量孔底部向孔口方向，按照设定间隔值移动声波探头(1)，并基于每次声波探头(1)所处位置测量该处围岩的纵波速度，得到自测量孔的孔底到孔口处围岩的纵波速度；

步骤S105，根据得到的测量孔孔底到孔口处围岩的纵波速度，确定受爆破振动损伤破坏的围岩的范围以及该范围内围岩纵波速度减小的程度。

7.根据权利要求6所述的一种小间距隧道中间岩墙的安全性评价方法，其特征在于，所述设定间隔值为20cm。

8.根据权利要求6所述的一种小间距隧道中间岩墙的安全性评价方法，其特征在于，所述测量孔的中心线倾斜向上，且与水平线之间呈设定夹角。

9.根据权利要求7所述的一种小间距隧道中间岩墙的安全性评价方法，其特征在于，所述该设定夹角为30°～60°。

10.根据权利要求6所述的一种小间距隧道中间岩墙的安全性评价方法，其特征在于，所述步骤S104中的基于每次声波探头(1所处位置测量该处围岩的纵波速度的过程包括：

计算机(3)通过声波检测仪(2)控制声波探头(1)的发射器(13)发射声波；在发射器(13)发射的声波中，纵波的传播速度最快，首先达到第一接收器(11)和第二接收器(12)；

第一接收器(11)和第二接收器(12)接收声波信息，然后把接收到的声波信息通过声波检测仪(2)传输给计算机(3)；

计算机(3)根据纵波到达第一接收器(11)和第二接收器(12)的时刻，求差值即计算出纵波在第一接收器(11)和第二接收器(12)之间传播的时间，然后再根据第一接收器(11)和第二接收器(12)之间的距离，计算第一接收器(11)和第二接收器(12)之间围岩的纵波速度。