CN110219655A - 一种隧道爆破掘进中围岩累积损伤的监测方法 - Google Patents

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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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Abstract

本发明公开了一种隧道爆破掘进中围岩累积损伤的监测方法，采用多个加速度传感器，在未开始爆破时利用锤击法计算出初始波速，然后利用隧道爆破产生的振动，计算出每次爆破后各相邻的两加速度传感器之间的围岩波速，根据初始波速和同一次爆破时得到的各围岩波速，即可得到每次爆破对隧道围岩产生的损伤程度。与现有技术相比，通过多次爆破监测到的数据，可得知每次爆破下围岩的损伤大小，从而得到隧道围岩的累计损伤情况，进而可以科学地进行围岩的加固措施和初期支护设计，检测方法采用的仪器简单，且监测方法方便操作。

Description

一种隧道爆破掘进中围岩累积损伤的监测方法
技术领域
本发明涉及隧道施工技术领域，更具体地说涉及一种隧道爆破掘进中围岩累积损伤的监测方法。
背景技术
随着高速公路、铁路和地下轨道交通工程的发展，隧道工程呈现逐年增加的趋势。对于岩质隧道施工，采用爆破掘进时，爆破是围岩损伤的最主要的影响因素。
目前，围岩损伤的常见测试方法是波速测量法，波速测量法采用发射装置和接收装置进行测量，这种测试方法存在工作量大，周期较长，且需要在爆破之后才能进行测量，操作过程较为复杂，费时费力。
发明内容
本发明的目的是提供一种隧道爆破掘进中围岩累积损伤的监测方法，其能够反应爆破对隧道围岩的损伤情况，从而使操作者根据监测的数据对爆破参数进行调整，确保爆破安全，且操作简单，省时省力。
为达到上述目的，本发明的解决方案是：
一种隧道爆破掘进中围岩累积损伤的监测方法，依次包括如下步骤：
S1：钻孔：在隧道上钻设安装孔，钻孔深度不超过爆破时爆破振动引起的围岩损伤的最大深度；
S2：安装传感器：在所述安装孔内依次按设定的深度埋设多个传感器，各所述传感器分别通过信号传输线连接到同一个动态信号测试分析系统中；
S3：填充安装孔：往所述安装孔内注满水泥砂浆，将所述安装孔填实压密，用以保护和固定各所述传感器和信号传输线；
S4：计算初始波速：在爆破前，锤击围岩，采用所述动态信号测试分析系统采集任意两相邻的所述传感器接收到振动波信号的时间差t0，然后根据相应的两相邻的所述传感器之间的距离S0，按围岩的初始波速计算公式计算出初始波速Cp0，
S5：计算围岩波速：隧道进行爆破，爆破n次,n为正整数，每次爆破时，采用所述动态信号测试分析系统采集同一振动波中，每两相邻的所述传感器接收到振动波信号的时间差tpn，然后根据相对应的两相邻的所述传感器之间的距离S，按围岩波速的计算公式 计算出每两相邻的所述传感器之间的围岩波速Cpn；
S6：计算围岩损伤变量：利用公式人工计算出围岩损伤变量，其中，围岩损伤变量Dn表示第n次爆破后岩石产生的累计损伤，Cpn为n次爆破时的围岩波速。
所述动态信号测试分析系统采用型号为DH5983的便携式动态采集仪。
步骤S2中，各所述传感器在所述安装孔内的埋设深度相对于所述安装孔的口部分别对应为0m、1m、2.5m和4.5m。
采用上述监测方法后，本发明具有如下有益效果：采用多个传感器，在未开始爆破时利用锤击法计算出初始波速，然后利用隧道爆破产生的振动，计算出每次爆破后每两相邻的传感器之间的围岩波速，根据初始波速和同一次爆破时得到的各围岩波速，即可得到每次爆破对隧道围岩产生的损伤程度，这样，通过多次爆破监测到的数据，可得知每次爆破下围岩的损伤大小，从而得到隧道围岩的累计损伤情况，进而可以科学地进行围岩的加固措施和初期支护设计，检测方法采用的仪器简单，且监测方法方便操作。
附图说明
图1为本发明中安装孔内各加速度传感器的布置图。
图中：
11-安装孔； 12-传感器。
具体实施方式
为了进一步解释本发明的技术方案，下面通过具体实施例来对本发明进行详细阐述。
一种隧道爆破掘进中围岩累积损伤的监测方法，如图1所示，监测方法依次包括如下步骤：
S1：钻孔：采用钻机在已开挖的隧道的孔壁上钻设安装孔11，安装孔11水平布置，且安装孔11的深度不超过爆破时爆破振动引起的围岩损伤的最大距离；
其中，爆破时爆破振动引起的围岩损伤的最大距离一般是4.5m。需说明的是，隧道内爆破时，爆破从爆破源中心开始呈球形波散开，引起隧道的围岩振动，这里讲的围岩损伤的最大距离是从隧道的隧道壁开始延伸出去的距离。此外，该围岩损伤的最大距离是在大量实际爆破中获得的数据。
S2：安装传感器：在安装孔11内按设定的深度埋设四个传感器12，四个传感器12依次沿安装孔11的孔深方向间隔布置，且分别编号为A、B、C和D，各传感器12的最大长度均小于安装孔11的孔径，并且，四个传感器12分别通过信号传输线与同一动态信号测试分析系统通信连接；
其中，四个传感器均为加速度传感器、速度传感器或振动传感器，较佳地，因加速度传感器体积较小，本实施例中四个传感器均为加速度传感器12，相应地，四个加速度传感器从安装孔11的口部至底部的方向依次编号为A、B、C和D。
本实施例中，加速度传感器A、B、C和D依次在安装孔11内埋设的深度相对于安装孔11的口部分别对应为0m、1m、2.5m和4.5m，即，加速度传感器A、B、C和D在安装孔11内设定的深度分别对应为0m、1m、2.5m和4.5m，该设定的深度为根据实际操作情况人工进行设置。这样，加速度传感器A与加速度传感器B之间的距离为1m，加速度传感器B与加速度传感器C之间的距离为1.5m，加速度传感器C与加速度传感器D之间的距离为2m。
S3：填充安装孔：往安装孔11内注满水泥砂浆，将安装孔11填实压密，用以保护和固定各加速度传感器12和信号传输线，并使得围岩与各加速度传感器12共同形成一个整体；
S4：计算初始波速：在开始爆破前，锤击围岩，围岩产生振动波，动态信号测试分析系统采集任意两相邻的加速度传感器接收到振动波信号的时间差t0，并根据对应的两相邻的加速度传感器之间的距离s0，计算出初始围岩波速，即初始波速Cp0，初始波速计算公式为这里的围岩波速表示振动波的传播速度；
其中，锤击围岩时，人工锤击隧道对应于安装孔周边即可；
本实施例中，任意的两相邻的加速度传感器分别对应为加速度传感器A和加速度传感器B；此外，任意的两相邻的加速度传感器也可以分别对应为加速度传感器B和加速度传感器C,或者，也可以分别对应为加速度传感器C和加速度传感器D。
S5：计算围岩波速：隧道进行爆破，爆破n次，n＝为正整数，每次爆破后，利用动态信号测试分析系统采集同一振动波中，加速度传感器A和加速度传感器B接收到振动波信号的时间差tpn(AB)，加速度传感器B和加速度传感器C接收到振动波信号的时间差tpn(BC)，加速度传感器C和加速度传感器D接收到振动波信号的时间差tpn(CD)；随后根据相对应的两相邻的加速度传感器之间的距离，计算出加速度传感器A与加速度传感器B之间的围岩波速Cpn(AB)，加速度传感器B与加速度传感器C之间的围岩波速Cpn(BC)，加速度传感器C与加速度传感器D之间的围岩波速Cpn(CD)；
其中，SAB为安装孔11内对应于加速度传感器A与加速度传感器B之间的距离；SBC为安装孔11内对应于加速度传感器B与加速度传感器C之间的距离；SCD为安装孔11内对应于加速度传感器C与加速度传感器D之间的距离。
S6：计算围岩损伤变量：利用公式计算出围岩损伤变量，其中，围岩损伤变量Dn表示第n次爆破后岩石产生的累计损伤，Cpn为n次爆破时的围岩波速。
本发明中，动态信号测试分析系统为市面上已经出售的32通道便携式动态采集仪，本实施例中采用型号为DH5983的便携式采集仪。此外，为防止爆破中飞石损坏动态信号测试分析系统，动态信号测试分析系统放置于保护装置内，该保护装置为铁盒。
本发明中，前述的孔壁指的是隧道开挖边界处。
本发明中，在步骤S2中，当动态信号测试分析系统与各加速度传感器均连接完毕后，让动态信号测试分析系统处于同步采集状态。
需说明的是：传感器的数量根据实际操作情况进行设置，并不局限于四个。
本发明中，以围岩的岩体为石灰岩为例进行说明。
通过步骤S4，计算出初始波速Cp0，本实施例中Cp0＝3500m/s,第一次爆破后，通过步骤S5-S6，得到表1所示的数据：
表1
编号 时间差t<sub>p1</sub> 围岩波速C<sub>p1</sub> 围岩损伤变量D<sub>1</sub>
AB 333us 3000m/s 0.26
BC 470us 3190m/s 0.17
CD 585us 3420m/s 0.05
经过第五次爆破后，得到如表2所示的数据：
表2
编号 时间差t<sub>p5</sub> 围岩波速C<sub>p5</sub> 围岩损伤变量D<sub>5</sub>
AB 357us 2800m/s 0.36
BC 495us 3030m/s 0.25
CD 602us 3320m/s 0.10
其中，围岩损伤变量的数值越小，说明围岩受损伤的程度也越小，围岩越稳定；若围岩损伤变量的数值越大，说明围岩损伤的程度增大，围岩质量变差，围岩趋于不稳定。
这样，在每次爆破后，根据围岩损伤变量的数值大小，即围岩的累积损伤程度，采取相应的围岩加固措施和初期的支护设计。
以上所述仅为本实施例的优选实施例，凡跟本发明权利要求范围所做的均等变化和修饰，均应属于本发明的权利要求范围。

Claims (3)

1.一种隧道爆破掘进中围岩累积损伤的监测方法，其特征在于，依次包括如下步骤：
S1：钻孔：在隧道上钻设安装孔，钻孔深度不超过爆破时爆破振动引起的围岩损伤的最大深度；
S2：安装传感器：在所述安装孔内依次按设定的深度埋设多个传感器，各所述传感器分别通过信号传输线连接到同一个动态信号测试分析系统中；
S3：填充安装孔：往所述安装孔内注满水泥砂浆，将所述安装孔填实压密，用以保护和固定各所述传感器和信号传输线；
S4：计算初始波速：在爆破前，锤击围岩，采用所述动态信号测试分析系统采集任意两相邻的所述传感器接收到振动波信号的时间差t0，然后根据相应的两相邻的所述传感器之间的距离S0，按围岩的初始波速计算公式计算出初始波速Cp0；
S5：计算围岩波速：隧道进行爆破，爆破n次,n为正整数，每次爆破时，采用所述动态信号测试分析系统采集同一振动波中，每两相邻的所述传感器接收到振动波信号的时间差tpn，然后根据相对应的两相邻的所述传感器之间的距离S，按围岩波速的计算公式 计算出每两相邻的所述传感器之间的围岩波速Cpn；
S6：计算围岩损伤变量：利用公式人工计算出围岩损伤变量，其中，围岩损伤变量Dn表示第n次爆破后岩石产生的累计损伤，Cpn为n次爆破时的围岩波速。
2.根据权利要求1所述的一种爆破掘进中围岩累积损伤的监测方法，其特征在于：所述动态信号测试分析系统采用型号为DH5983的便携式动态采集仪。
3.根据权利要求1所述的一种爆破掘进中围岩累积损伤的监测方法，其特征在于：步骤S2中，各所述传感器在所述安装孔内的埋设深度相对于所述安装孔的口部分别对应为0m、1m、2.5m和4.5m。
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