CN107842394B - 大跨度地下硐室开采顶板稳定性的动弹模探测方法 - Google Patents

Abstract

本发明大跨度地下工程开采稳定性防治技术领域，具体涉及一种大跨度地下硐室开采顶板稳定性的动弹模探测方法，包括如下步骤：S1.地下硐室岩块物理力学参数的确定；S2.地下硐室顶板中轴线初始地应力以及动态过程中地应力的确定；S3.地下硐室顶板探测剖面初始岩体动弹模以及动态过程中岩体动弹模的探测；S4.地下硐室不同开挖阶段后顶板损伤变量的确定；S5.地下硐室顶板结构稳定性判据的确定；S6.地下硐室顶板稳定性评价及其安全极限开挖跨度的确定。该方法通过钻孔测定岩体地下硐室顶板的动弹性模量，把动弹性模量这个参数作为大跨度地下空间开采顶板稳定性评价参数，运用该参数对外动力作用下大跨度地下硐室开采顶板的动态稳定性及强度等进行评价与预测，并可对大跨度地下空间开采顶板进行优化设计提供定量依据。

Description

大跨度地下硐室开采顶板稳定性的动弹模探测方法

技术领域

本发明大跨度地下工程开采稳定性防治技术领域，具体涉及一种大跨度地下硐室开采顶板稳定性的动弹模探测方法。

背景技术

随着我国经济飞速发展，大跨度地下工程在水利水电、交通、能源储备、军事等行业中不断得到应用，目前我国最大跨度地下工程己经突破五千米。我国是大跨度地下工程建设的大国，但大跨度地下工程设计还处于经验探索阶段，而对于埋深大、跨度大、复杂工程地质条件下的地下工程的稳定性问题，是现有地下工程设计理论急需解决的难题。

目前大跨度地下硐室开采过程中顶板稳定性的分析方法有解析法和数值分析法。当前应用解析法在求解有关洞室顶板稳定性问题时，通常采用弹性和弹塑性两种方法进行，且均按平面问题的极坐标进行解答，采用复变函数法进行围岩应力与变形计算，多用于圆形隧道的求解，具有精度高、分析速度快和易于进行规律性研究等优点，然而，解析法在进行地下硐室顶板稳定性分析时，只适用于边界条件较为简单及介质特性不复杂的情况，对于受地表边界和地面荷载影响的浅埋隧道围岩分析在数学处理上存在一定困难，同时，由于解析法在研究洞室稳定性问题时所作的种种假设，与工程实际中经常遇到的多孔、不均质及各向异性等相矛盾，所以，解析分析法可以解决的实际工程问题比较有限；数值分析法中应用最广泛的是有限元法，有限元已经成为一种相当成熟的数值分析技术，可用于求解线弹性、弹塑性、粘弹塑性、粘塑性等问题，通过建立不确定性模型来分析地下硐室顶板稳定性，是地下工程岩体应力、应变分析最常用的方法，但数据准备工作量大，原始数据易出错，不能保证某些物理量在整个区域内的连续性，同时，采用模型所分析的结果与实际情况有较大出入，不能随时随地反映工程实际情况。

岩体中开挖地下硐室是一个动态变化的过程，会使岩体应力变化，使得应力释放，岩体的模量随着应力的变化而不断变化，因此针对目前大跨度地下空间开采顶板稳定性分析方法的局限性，需要确定和建立一种动态监控大跨度地下空间开采顶板稳定性的方法，随时随地反映工程实际情况。

发明内容

本发明提供一种大跨度地下硐室开采顶板稳定性的动弹模探测方法，该方法针对目前大跨度地下空间开采顶板稳定性分析方法的局限性，通过钻孔测定岩体地下硐室顶板的动弹性模量，把动弹性模量这个参数作为大跨度地下空间开采顶板稳定性评价参数，运用该参数对外动力作用下大跨度地下硐室开采顶板的动态稳定性及强度等进行评价与预测，并可对大跨度地下空间开采顶板进行优化设计提供定量依据。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案，大跨度地下硐室开采顶板稳定性的动弹模探测方法，包括如下步骤：

S1.地下硐室岩块物理力学参数的确定；

S2.地下硐室顶板中轴线初始地应力以及动态过程中地应力的确定；

S3.地下硐室顶板探测剖面初始岩体动弹模以及动态过程中岩体动弹模的探测；

S4.地下硐室不同开挖阶段后顶板损伤变量的确定；

S5.地下硐室顶板结构稳定性判据的确定；

S6.地下硐室顶板稳定性评价及其安全极限开挖跨度的确定。

进一步地，所述步骤S1包括，选取地下硐室对应地面的任意位置进行爆破开挖出断面，并进行勘察和测绘，确定地下硐室顶板中轴线，并沿中轴线所在的竖向面进行爆破开挖出初始单元空间，所述初始单元空间顶板的中轴线与地下硐室顶板中轴线重合，在初始单元空间顶部或侧壁有破碎带的部位取岩样，对所取的若干岩样进行室内试验，确定地下硐室岩块的物理力学参数，包括静弹性模量E、密度ρ、黏聚力c、内摩擦角

进一步地，所述岩块的静弹性模量E通过单轴压缩试验测定。

进一步地，所述岩块的黏聚力c和内摩擦角通过三轴压缩试验测定。

进一步地，所述步骤S2包括：

S21.硐室顶板中轴线初始地应力的确定；

S22.硐室顶板中轴线动态过程中地应力的确定。

进一步地，所述步骤S3包括：

S31.地下硐室顶板探测剖面初始岩体动弹模的确定；

S32.地下硐室顶板探测剖面动态过程中岩体动弹模的确定。

进一步地，所述动态过程是指以初始单元空间为基础，沿初始单元空间两侧分别进行m次横向对称开挖。

进一步地，所述步骤S5中地下硐室顶板稳定性判据包括地下硐室顶板结构强度稳定系数和岩体单元安全系数。

进一步地，所述步骤S5包括：

S51.地下硐室顶板结构强度稳定系数的确定；

S52.岩体单元安全系数的确定。

进一步地，所述步骤S6包括：

(1)当地下硐室顶板结构强度稳定系数F_j≥K_ej时，说明地下硐室顶板结构稳定，表明可适当加大开挖跨度，直至开挖跨度达到安全极限；

(2)当地下硐室顶板结构强度稳定系数F_j＜K_ej时，说明地下硐室顶板结构不稳定，不足以保证地下硐室的稳定性，应停止横向开挖，并做足够的支护加固措施，此时的开挖跨度即为安全极限开挖跨度。

岩体中开挖地下硐室是一个动态变化的过程，它会使使得岩体应力释放，岩体应力发生变化，岩体的模量随着应力的变化而不断变化，此时岩体的边界条件及介质特性会比较复杂，在工程实际中会遇到岩体不均质及各向异性等问题，运用以往的方法，不能准确判断岩体的稳定性。

本发明所采用的方法，是一种动态监控大跨度地下空间开采顶板稳定性的方法，能够随时随地反映工程实际情况。本发明采用的方法通过钻孔测定岩体地下硐室顶板的动弹性模量，这是一个变化的参数，把动弹性模量这个参数作为大跨度地下空间开采顶板稳定性评价参数，以此建立基于地下硐室顶板损伤率的稳定性判定准则，能够实时地运用该稳定性判定准则对地下硐室顶板的动态稳定性及强度进行评价与预测，进而对地下硐室开挖跨度的设计提供定量依据。因此，对于地表边界和地面荷载影响的浅埋隧道围岩，本发明采用的方法能够实时反应围岩的稳定性，在围岩发生破坏之前就能提前预知并采取相应措施。

附图说明

图1为本发明方法的流程图；

图2为地下硐室探测点布置简图；

图3为跨孔法波速测定原理图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明所应用的原理介绍：

原理1：在岩体工程中，把岩体的强度储备稳定系数F_j作为地下硐室顶板稳定性的评判标准，用岩体的强度储备稳定系数F_j来判别地下硐室顶板是否稳定和稳定程度。岩体的强度储备稳定系数定义为极限损伤与容许最大损伤之比，即：式中ξ_cr为容许最大损伤，极限损伤ξ_lim取1。而在整个损伤直至破坏的过程中，损伤变量ξ_t逐渐趋近于ξ_cr，因此岩体的强度储备稳定系数可写为：

根据上式，本专利将地下硐室顶板结构强度储备稳定系数F_j定义为极限损伤变量ξ_lim与任意开挖阶段损伤变量ξ_j之比，即：

原理2：岩体是由岩块和结构面组成的地质体，其强度指标必然受到岩块和结构面两者的综合影响，因此岩体的强度指标明显低于岩块。根据结构面的发育程度，可把岩体分为完整、较完整、较破碎三种形态，不同的形态对应不同的完整性折减系数，根据《工程地质勘察规范》DB50/5005-1998，折减系数列于表1。步骤一的室内试验得到了岩块的内摩擦角和黏聚力因此根据完整性折减系数，对岩块进行折减，从而得到岩体的内摩擦角和黏聚力c₀，可分别用下式表示：

表1 岩体内摩擦角和黏聚力折减系数

岩体特性	内摩擦角折减系数η	黏聚力折减系数λ
			完整	0.95	0.4
较完整	0.9	0.3
			较破碎	0.85	0.2

如图1所示，本发明的大跨度地下硐室开采顶板稳定性的动弹模探测方法的具体步骤如下：

S1.地下硐室岩块物理力学参数的确定；

选取地下硐室对应地面的任意位置进行爆破开挖出断面，并进行勘察和测绘，确定地下硐室顶板中轴线，并沿中轴线所在的竖向面进行爆破开挖出初始单元空间，所述初始单元空间顶板的中轴线与地下硐室顶板中轴线重合，在初始单元空间顶部或侧壁有破碎带的部位取岩样，对所取的若干岩样进行室内试验，并根据GB/T 50123-1999《土工试验方法标准》、《岩石力学参数手册》，分析和确定了地下硐室岩块的物理力学参数：静弹性模量E、密度ρ、黏聚力c、内摩擦角

其中，所述岩块的静弹性模量E通过单轴压缩试验测定，具体过程为：首先将所取岩样进行处理成为直径为50mm，高度为100mm的圆柱体，放入单轴压缩仪中加压，测得不同加压荷载下的应力应变，绘制出全应力-应变曲线图，由轴向应力应变曲线上近似直线区段的平均斜率确定弹性模量E，取若干组试样弹性模量的平均值

其中，所述岩块的黏聚力c和内摩擦角通过三轴压缩试验测定，具体过程为：首先将所取岩样进行处理成为直径为100mm，高度为200mm的圆柱体，测定不同围压条件下的轴向应力，并根据极限轴向应力δ₁和围压δ₃求出最佳关系曲线，并根据最佳关系曲线上的点在τ～σ图上绘制应力圆，并做应力圆的包络线，确定若干组岩块试样的c、值，最后取若干组试样的平均值

其中，岩块的密度ρ测定的具体过程为：对所取试样进行处理，使其成为50mm*50mm的正方体，然后称其质量，并根据公式求得密度，最后取若干组试样密度的平均值

S2.地下硐室顶板中轴线初始地应力以及动态过程中地应力的确定；

S21.硐室顶板中轴线初始地应力的确定；

S22.硐室顶板中轴线动态过程中地应力的确定。

地应力的确定过程为：

地应力探测点的布置：在地下硐室中轴线上布置n个地应力探测点，沿初始单元空间两侧分别进行m次横向对称开挖，每开挖一次重新布置一次探测点；

沿地下硐室中轴线所在的竖向面开挖出地下硐室初始单元空间，根据以往的施工经验和理论分析，硐室顶板部位应力集中，属于薄弱地带，因此在地下硐室单元顶板中轴线上布置代表性的地应力探测点，探测点标号为A_ij(i＝1,2,3，…，n；j＝0,1,2,3，…，m)其中，n为探点个数，m为开挖次数，见图2。在初始单元空间的基础上继续横向开挖，地下硐室岩体地应力将发生很大的变化，每进行一段横向开挖，则重新布置一次探测点的位置，探测点的布置原则同上。重新布置探点时，可以在中轴线的其他位置上重新布置，也可以在原探点的中心处继续深挖重新布置。

地应力的测定：所述地应力采用岩体钻孔套孔应力解除法测定，对应探测点A_ij(i＝1,2,3，…，n；j＝1,2,3，…，m),先向该点钻进一定深度的超前小孔，并在小孔中埋设应变传感器，由传感器确定探测点A_ij的应变数值，得到地应力值。其中，一定深度的超前小孔一般是指该小孔的深度能够容纳传感器的探头为宜。

依据地应力探测与测量规程，进行地应力测量，地应力探测采用岩体钻孔套孔应力解除法，对地下硐室岩体探测点A_ij(i＝1,2,3，…，n；j＝1,2,3，…，m)进行应力量测时，向该点钻进一定深度的超前小孔，见图2，在这些钻孔中埋设钻孔传感器，应力解除法所采用的钻孔传感器为应变传感器，根据应变传感器确定该点的应变数值。

地下硐室在不同开挖跨度后通过应变传感器得到的探测点A_ij(i＝1,2,3，…，n；j＝1,2,3，…，m)在不同方向的应变数值为ε_ij，1、ε_ij，2、…、ε_ij，n，再根据胡克定律σ＝Eε，可求得探测点A_ij(i＝1,2,3，…，n；j＝1,2,3，…，m)在不同方向的地应力值分别为σ_ij，1、σ_ij，2、…、σ_ij，n。地下硐室在第j次开挖后的n个探测点不同方向的初始地应力平均值分别为：

S3.地下硐室顶板探测剖面初始岩体动弹模以及动态过程中岩体动弹模的探测；

S31.地下硐室顶板探测剖面初始岩体动弹模的确定；

S32.地下硐室顶板探测剖面动态过程中岩体动弹模的确定。

具体过程为：所述岩体动弹模采用跨孔法波速测定，在地下硐室顶板沿硐室进深方向打两个孔，分别为震源孔和接收孔，在震源孔中进行激振，产生缩波和剪切波，在接收孔中利用检波器进行接收，经过计算得到岩体动弹模。

根据声波探测规范，分别对第j次横向开挖完成后的地下硐室剖面进行波速与动弹模的探测，采用声波测试的方法。即采用跨孔法波速测定，在地下硐室顶板沿硐室进深方向打出两个钻孔(震源孔、接收孔)，在震源孔中进行激振，产生压缩波(P波)和剪切波(S波)，而在接收孔中利用三分量检波器接收同一深度传来的P波和S波，根据数据采集系统可得到P波和S波传播的距离和时间，见图3。通过传播的距离和时间计算出波速，测试孔的P波和S波的波速按下式确定：

其中，V_pj，V_sj-分别为P波和S波的波速(j＝1,2,3，…，m)；

ΔT_pj,ΔT_Sj-分别为P波和S波的传播时间；

ΔS_j-两个钻孔的水平距离。

用跨孔法测试出了压缩波(P波)和剪切波(S波)的波速，并根据波动理论，可得岩体的动泊松比μ_dj和动弹性模量E_dj：

其中,E_dj-第j次横向开挖时测得的地下硐室顶板岩体动弹性模量，(j＝1,2,3，…，m)；

μ_dj—地下硐室岩体的动泊松比，(j＝1,2,3，…，m)；

ρ—地下硐室岩体的密度；

S4.确定地下硐室不同开挖阶段后顶板损伤变量；

将不同开挖阶段后的地下硐室顶板的动弹模的变化量与初始地下硐室顶板的动弹模的比值定义为地下硐室顶板结构的损伤变量，其值根据式(8)确定

其中，E_d0—地下硐室顶板岩体初始动弹性模量(即j＝0时的动弹性模量)；

E_dj—同前。

S5.确定地下硐室顶板结构稳定性判据；所述判据包括地下硐室顶板结构强度稳定系数和岩体单元安全系数；

S51.地下硐室顶板结构强度稳定系数的确定

根据损伤力学的基本原理及损伤变量与地下硐室顶板结构稳定性系数的关系(具体推导见原理1)，可确定j次开挖后地下硐室顶板结构强度稳定系数F_j与损伤变量ξ_j关系如下：

S52.岩体单元安全系数的确定

岩体单元安全系数K_ej是一个评价复杂应力状态下单元稳定性程度的指标，能够定量评价单元接近塑性屈服的程度，能直观反映岩体在应力作用下的稳定状况，它与岩体强度、应力和强度准则有直接关系。岩体稳定性评价是岩体工程设计和施工的重要内容，为了探讨岩体各部位的安全情况，定义单元安全系数K_ej来评价岩体的微观稳定性，它能定量评价岩体在应力作用下的稳定状况，单元安全系数K_ej可用下式表示：

其中，σ_j,1,σ_j,3—第j次开挖后的硐室岩体的最大主应力和最小主应力；

c₀—地下硐室岩体的黏聚力(岩块的粘聚力乘以折减系数)，见原理2；

—地下硐室岩体的内摩擦角(岩块的内摩擦角乘以折减系数)，见原理2。

S6.地下硐室顶板稳定性评价及其安全极限开挖跨度的确定。

根据步骤五对地下硐室在不同开挖阶段下的顶板结构稳定性进行评价，并根据评价结果确定地下硐室的安全极限开挖跨度。

1)当地下硐室顶板结构强度储备稳定系数F_j≥K_ej时，说明地下硐室顶板结构稳定，表明可适当加大开挖跨度，直至开挖跨度达到安全极限；

2)当地下硐室顶板结构强度储备稳定系数F_j<K_ej时，说明地下硐室顶板结构不稳定，不足以保证地下硐室的稳定性，应停止横向开挖，并做足够的支护加固措施，此时的开挖跨度即为安全极限开挖跨度。

为了更好地阐述本发明，下面以某地下硐室为例进行地下硐室顶板结构稳定性的动力测定，以证明其实际意义与价值。该地下硐室中轴线所在的竖向面开挖出了初始跨度为2m，进深为10m的一个初始单元空间，随后以1m为间隔向两侧开挖。

基本步骤：

步骤一：地下硐室岩块物理力学参数的确定；

在初始单元空间的顶部或有破碎带的部位取了代表性岩样，进行了室内试验，根据GB/T50123-1999《土工试验方法标准》、《岩石力学参数手册》，并分析试验结果确定了地下硐室岩体的物理力学参数：

所取试样的静弹性模量均值E＝16.83GPa，密度均值ρ＝3.25g/cm³、黏聚力均值内摩擦角均值

步骤二：地下硐室顶板中轴线初始地应力以及动态过程中地应力的确定；

根据以往的施工经验和理论分析，在该地下硐室的初始单元空间的中轴线上，布置了代表性的地应力探测点，见图2。在地下硐室初始单元的基础上继续横向对称开挖，地下硐室岩体地应力将发生很大的变化，每进行一段横向开挖，则重新布置一次探测点的位置，探测点的布置原则同上。

依据地应力探测与测量规程，进行地应力测量，地应力探测采用岩体钻孔套孔应力解除法，对地下硐室岩体探测点A_ij(i＝1,2,3，…，n；j＝1,2,3，…，m)进行应力量测时，向该点钻进一定深度的超前小孔，见图2，在这些钻孔中埋设钻孔传感器，应力解除法所采用的钻孔传感器为应变传感器，根据应变传感器确定该点的应变数值。

地下硐室在初始挖跨度、第1次开挖后、第2次开挖后，通过应变传感器得到的探测点在不同方向的应变数值和应力均值见表2：

表2 各探测点在不同方向的应变数值和应力数值

由上表可知

同理可得：σ_1,1＝19.329MPa σ_1,3＝8.416MPa

σ_2,1＝20.561MPa σ_2,3＝9.374MPa

步骤三：地下硐室顶板探测剖面初始岩体动弹模以及动态过程中岩体动弹模的探测；

地下硐室用跨孔法测定了初始、第1次、第2次横向开挖后的地下硐室的波速与动弹模，在地下硐室顶板沿硐室进深方向打出两个钻孔(震源孔、接收孔)，在震源孔中进行激振，产生压缩波(P波)和剪切波(S波)，而在接收孔中利用三分量检波器接收同一深度传来的P波和S波，根据数据采集系统可得到P波和S波传播的距离和时间，见图3。通过传播的距离和时间计算出波速，测试孔的P波和S波的波速按下式确定：

其中，V_pj，V_sj-分别为P波和S波的波速(j＝1,2,3，…，m)；

ΔT_pj,ΔT_sj-分别为P波和S波的传播时间；

ΔS_j-两个钻孔的水平距离。

动泊松比μ_dj和动弹性模量E_dj如下：

其中,E_dj—第j次横向开挖时测得的地下硐室顶板岩体动弹性模量，(j＝1,2,3，…，m)；

μ_dj—地下硐室岩体的动泊松比，(j＝1,2,3，…，m)；

ρ—地下硐室岩体的密度；

根据上述公式计算结果见表3：

表3 不同开挖阶段后动弹模等参数的计算

步骤四：地下硐室不同开挖阶段后顶板损伤变量的确定；

将初始开挖、第一次开挖、第二次开挖后的地下硐室顶板的动弹模的变化量与初始地下硐室顶板的动弹模的比值定义为地下硐室顶板结构的损伤变量，其值根据下式确定

其中，E_d0—地下硐室顶板岩体初始动弹性模量(即j＝0时的动弹性模量)；

E_dj—同前。

得：ξ₁＝0.216，ξ₂＝0.468

步骤五：地下硐室顶板结构稳定性判据的确定；

1)地下硐室顶板结构强度稳定系数的确定

根据损伤力学的基本原理及损伤变量与地下硐室顶板结构稳定性系数的关系(具体推导见原理1)，可确定初始开挖、第一次开挖、第二次开挖后地下硐室顶板结构强度稳定系数F_j与损伤变量ξ_j关系如下：

由此可确定：F₁＝4.627，F₂＝2.137。

2)岩体单元安全系数的确定

岩体单元安全系数K_ej是一个评价复杂应力状态下单元稳定性程度的指标，能够定量评价单元接近塑性屈服的程度，能直观反映岩体在应力作用下的稳定状况，它与岩体强度、应力和强度准则有直接关系。岩体稳定性评价是岩体工程设计和施工的重要内容，为了探讨岩体各部位的安全情况，定义单元安全系数K_ej来评价岩体的微观稳定性，它能定量评价岩体在应力作用下的稳定状况，单元安全系数K_ej可用下式表示：

其中，σ_j,1,σ_j,3—第j次开挖后的硐室岩体的最大主应力和最小主应力；

c₀—地下硐室岩体的黏聚力(岩块的粘聚力乘以折减系数)，见原理2；

—地下硐室岩体的内摩擦角(岩块的内摩擦角乘以折减系数)，见原理2。

由于该地下硐室的岩体特性为较完整，根据原理2可得 根据式(10)，可得K_e0＝1.858，K_e1＝2.092，K_e2＝2.195。

步骤六：地下硐室顶板结构稳定性评价及其安全极限开挖跨度的确定

根据步骤五对地下硐室在不同开挖阶段下的顶板结构稳定性进行评价，并根据评价结果确定地下硐室的安全极限开挖跨度。

(1)当地下硐室顶板结构强度稳定系数F_j≥K_ej时，说明地下硐室顶板结构稳定，表明可适当加大开挖跨度，直至开挖跨度达到安全极限；

(2)当地下硐室顶板结构强度稳定系数F_j＜K_ej时，说明地下硐室顶板结构不稳定，不足以保证地下硐室的稳定性，应停止横向开挖，并做足够的支护加固措施，此时的开挖跨度即为安全极限开挖跨度。结果见表4：

表4 地下硐室稳定性分析表

由上述表4可知，第一次开挖后，地下硐室顶板结构稳定，可继续第二次开挖，第二次开挖后，经测量地下硐室顶板结构强度稳定系数F_j<K_ej，此时地下硐室顶板结构不稳定，应停止横向开挖，并采取相应的保护措施。这种对于大跨度地下空间开采顶板稳定性动态监控的方法，能够随时随地反映工程实际情况，在围岩发生破坏之前就能提前预知并采取相应措施，防止危险的发生，实用性非常强。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.大跨度地下硐室开采顶板稳定性的动弹模探测方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1.地下硐室岩块物理力学参数的确定；

S2.地下硐室顶板中轴线初始地应力以及动态过程中地应力的确定；

S3.地下硐室顶板探测剖面初始岩体动弹模以及动态过程中岩体动弹模的探测；

S4.地下硐室不同开挖阶段后顶板损伤变量的确定；

S5.地下硐室顶板结构稳定性判据的确定；

S6.地下硐室顶板稳定性评价及其安全极限开挖跨度的确定；

所述步骤S1包括，选取地下硐室对应地面的任意位置进行爆破开挖出断面，并进行勘察和测绘，确定地下硐室顶板中轴线，并沿中轴线所在的竖向面进行爆破开挖出初始单元空间，所述初始单元空间顶板的中轴线与地下硐室顶板中轴线重合，在初始单元空间顶部或侧壁有破碎带的部位取岩样，对所取的若干岩样进行室内试验，确定地下硐室岩块的物理力学参数，包括静弹性模量E、密度ρ、黏聚力c、内摩擦角

2.根据权利要求1所述的大跨度地下硐室开采顶板稳定性的动弹模探测方法，其特征在于：所述岩块的静弹性模量E通过单轴压缩试验测定。

3.根据权利要求1所述的大跨度地下硐室开采顶板稳定性的动弹模探测方法，其特征在于：所述岩块的黏聚力c和内摩擦角通过三轴压缩试验测定。

4.根据权利要求1所述的大跨度地下硐室开采顶板稳定性的动弹模探测方法，其特征在于：所述步骤S2包括：

S21.硐室顶板中轴线初始地应力的确定；

S22.硐室顶板中轴线动态过程中地应力的确定。

5.根据权利要求1所述的大跨度地下硐室开采顶板稳定性的动弹模探测方法，其特征在于：所述步骤S3包括：

S31.地下硐室顶板探测剖面初始岩体动弹模的确定；

S32.地下硐室顶板探测剖面动态过程中岩体动弹模的确定。

6.根据权利要求4或5所述的大跨度地下硐室开采顶板稳定性的动弹模探测方法，其特征在于：所述动态过程是指以初始单元空间为基础，沿初始单元空间两侧分别进行m次横向对称开挖。

7.根据权利要求1所述的大跨度地下硐室开采顶板稳定性的动弹模探测方法，其特征在于：所述步骤S5中地下硐室顶板稳定性判据包括地下硐室顶板结构强度稳定系数和岩体单元安全系数。

8.根据权利要求7所述的大跨度地下硐室开采顶板稳定性的动弹模探测方法，其特征在于：所述步骤S5包括：

S51.地下硐室顶板结构强度稳定系数的确定；

S52.岩体单元安全系数的确定。

9.根据权利要求1所述的大跨度地下硐室开采顶板稳定性的动弹模探测方法，其特征在于：所述步骤S6包括：

(1)当地下硐室顶板结构强度稳定系数F_j≥K_ej时，说明地下硐室顶板结构稳定，表明可适当加大开挖跨度，直至开挖跨度达到安全极限；

(2)当地下硐室顶板结构强度稳定系数F_j＜K_ej时，说明地下硐室顶板结构不稳定，不足以保证地下硐室的稳定性，应停止横向开挖，并做足够的支护加固措施，此时的开挖跨度即为安全极限开挖跨度。