CN112598235B - 一种巨跨地下洞库服役期结构安全的评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种巨跨地下洞库服役期结构安全的评价方法，步骤一、选择巨跨地下洞库内年平均相对湿度为巨跨地下洞库服役期环境影响的评价项目，并对评价项目进行分级；步骤二、建立服役期巨跨地下洞库结构安全的评级指标体系；步骤三、各评价项目均为一独立的个体；分别监测各评价项目，得监测值，分别将各评价项目的监测值进行分段划分，各段对应洞库结构安全级别；当同时测定多个评价项目时，先得出各评价项目对应的洞库结构安全级别，然后将洞库结构安全级别高的值作为洞库安全级别的评价值。该评价方法能够高效的对巨跨地下洞库结构安全进行评价，为巨跨地下洞库服役期结构安全和巨跨地下洞库结构的养护维修提供依据。

Description

一种巨跨地下洞库服役期结构安全的评价方法

技术领域

本发明属于地下工程施工技术领域，具体涉及一种巨跨地下洞库服役期结构安全的评价方法。

背景技术

在地下工程领域，大断面、大跨度的洞室工程进入高速发展时期，并且洞室的跨度存在不断增大的趋势。由于洞库跨度大，空间效应显著，围岩与支护系统的应力、位移和稳定性的力学特性更为复杂。过大的围岩和支护结构变形和结构开裂都将对洞库结构造成严重威胁。

目前，行业内尚无巨跨地下洞库服役期结构安全的统一评价方法，无法对服役期间的巨跨地下洞库结构安全进行综合性的评价，因此有必要针对巨跨地下洞库的特点，提出一套巨跨地下洞库服役期结构安全的评价指标和方法，合理评估巨跨地下洞库服役期结构状态，为巨跨地下洞库安全服役提供标准依据。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种巨跨地下洞库服役期结构安全的评价方法，能够高效的对巨跨地下洞库结构安全进行评价，为巨跨地下洞库服役期结构安全和巨跨地下洞库结构的养护维修提供依据。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是，一种巨跨地下洞库服役期结构安全的评价方法，该评价方法如下：

步骤一、选择巨跨地下洞库内年平均相对湿度为巨跨地下洞库服役期环境影响的评价项目，并对评价项目进行如下分级：A级为洞库内年平均相对湿度＜50％，B级为洞库内50％≤年平均相对湿度＜80％，C级为洞库内年平均相对湿度≥80％；

步骤二、建立服役期巨跨地下洞库结构安全的评级指标体系，选择围岩压力、初期与被覆间接触压力、喷射混凝土内力、被覆混凝土内力、围岩内部变形、锚杆轴力和锚索轴力作为服役期巨跨地下洞库结构安全的评价项目，共同形成评价指标体系；

步骤三、各评价项目均为一独立的个体；分别监测各评价项目，得监测值，分别将各评价项目的监测值进行分段划分，各段对应洞库结构安全级别，为I级、II级、III级或IV级；当同时测定多个评价项目时，先得出各评价项目对应的洞库结构安全级别，然后将洞库结构安全级别高的值作为洞库安全级别的评价值。

进一步地，在步骤三中，根据围岩压力与初期和被覆间接触压力值对洞库进行结构安全分级的过程如下：围岩压力与初期和被覆间接触压力值均独立监测，得到各压力值；在同一洞库结构安全级别下，对应的围岩压力与初期和被覆间接触压力值相同，故采用同一公式表示，如下：

在洞库内年平均相对湿度等级为A级、B级或C级，且压力值＜0.06MPa时，洞库结构安全级别为I级；

在洞库内年平均相对湿度等级为A级、B级或C级，且0.06MPa≤压力值＜0.12MPa时，洞库结构安全级别为II级；

在洞库内年平均相对湿度等级为A级或B级，且0.12MPa≤压力值＜0.2Mpa，洞库结构安全级别为III级；或者在洞库内年平均相对湿度等级为C级，且0.06MPa≤压力值＜0.12MPa，洞库结构安全级别为III级；

在洞库内年平均相对湿度等级为A级或B级，且压力值≥0.2MPa，洞库结构安全级别为IV级；或者在洞库内年平均相对湿度等级为C级，且当压力值≥0.06MPa，洞库结构安全级别为IV级；

其中，压力值0.12MPa为洞库洞库围岩结构发生变形的临界值。

进一步地，在步骤三中，根据喷射混凝土内力和被覆混凝土内力对洞库进行结构安全分级的过程如下：喷射混凝土内力和被覆混凝土内力均独立监测，得到各微应变；在同一洞库结构安全级别下，对应的喷射混凝土内力和被覆混凝土内力微应变相同，故采用同一公式表示，如下：

洞库内年平均相对湿度等级为A级、B级或C级，且微应变＜25uε，洞库结构安全级别为I级；

洞库内年平均相对湿度等级为A级、B级或C级，且25uε≤微应变＜50uε，洞库结构安全级别为II级。

洞库内年平均相对湿度等级为A级或B级，且50uε≤微应变＜80uε，洞库结构安全级别为III级；或者，当洞库内年平均相对湿度等级为C级，且25uε≤微应变＜50uε，洞库结构安全级别为III级；

洞库内年平均相对湿度等级为A级或B级，且微应变≥80uε，洞库结构安全级别为IV级；或者当洞库内年平均相对湿度等级为C级，且微应变50uε≤微应变＜80uε，洞库结构安全级别为IV级。

进一步地，在步骤三中，根据围岩内部变形对洞库进行结构安全分级的过程如下：

洞库内年平均相对湿度等级为A级、B级或C级，且围岩内部变形＜0.9mm，洞库结构安全级别为I级；

当洞库内年平均相对湿度等级为A级、B级或C级，且0.9mm≤围岩内部变形＜1.8mm，洞库结构安全级别为II级；

洞库内年平均相对湿度等级为A级或B级，且1.8mm≤围岩内部变形＜3mm，洞库结构安全级别为III级；或洞库内年平均相对湿度等级为C级，且0.9mm≤围岩内部变形＜1.8mm，洞库结构安全级别为III级；

洞库内年平均相对湿度等级为A级或B级，且围岩内部变形≥3mm，洞库结构安全级别为IV级；或者当洞库内年平均相对湿度等级为C级，且1.8mm≤围岩内部变形＜3mm，洞库结构安全级别为IV级。

进一步地，在步骤三中，根据锚杆轴力对洞库进行结构安全分级的过程如下：

洞库内年平均相对湿度等级为A级、B级或C级，且锚杆轴力＜10KN，洞库结构安全级别为I级；

洞库内年平均相对湿度等级为A级、B级或C级，且10KN≤锚杆轴力＜20KN，洞库结构安全级别为II级；

洞库内年平均相对湿度等级为A级或B级，且20KN≤锚杆轴力＜30KN，洞库结构安全级别为为III级；或者洞库内年平均相对湿度等级为C级，且10KN≤锚杆轴力＜20KN，洞库结构安全级别为为III级；

洞库内年平均相对湿度等级为A级或B级，且锚杆轴力≥30KN，洞库结构安全级别为IV级；或者洞库内年平均相对湿度等级为C级，且20KN≤锚杆轴力＜30KN，洞库结构安全级别为IV级。

进一步地，在步骤三中，根据锚索轴力对洞库进行结构安全分级的过程如下：

洞库内年平均相对湿度等级为A级、B级或C级，且450KN≤锚索轴力＜950KN时，洞库结构安全级别为II级；

洞库内年平均相对湿度等级为A级或B级，且950KN≤锚杆轴力＜1500KN，洞库结构安全级别为III级；或者当洞库内年平均相对湿度等级为C级，且450KN≤锚杆轴力＜950KN，洞库结构安全级别为III级；

洞库内年平均相对湿度等级为A级或B级，且锚杆轴力≥1500KN，洞库结构安全级别为IV级或者，洞库内年平均相对湿度等级为C级，且950KN≤锚杆轴力＜1500KN，洞库结构安全级别为IV级。

本发明具有如下优点：建立了服役期巨跨地下洞库结构安全的评级指标体系和不同洞库内年平均相对湿度等级下服役期巨跨地下洞库结构安全的分级评价标准，并提出巨跨地下洞库服役期结构变形不同等级下的处理措施，能够高效的对巨跨地下洞库结构安全进行评价，为巨跨地下洞库服役期结构安全和巨跨地下洞库结构的养护维修提供依据。

具体实施方式

本发明公开了一种巨跨地下洞库服役期结构安全的评价方法，具体如下：

(1)确定巨跨地下洞库服役期环境影响的评价项目，通过对洞库内的大气环境进行调查，选择巨跨地下洞库内年平均相对湿度为巨跨地下洞库服役期环境影响的评价项目。该评价项目进行如下分级：A级为洞库内年平均相对湿度＜50％，B级为洞库内年平均相对湿度≥50％且小于80％，C级为洞库内年平均相对湿度≥80％。

(2)建立了服役期巨跨地下洞库结构安全的评级指标体系，选择围岩内部变形、锚杆轴力、锚索轴力、围岩压力、喷射混凝土内力、初期与被覆间接触压力、被覆混凝土内力作为服役期巨跨地下洞库结构安全的评价项目，形成评价指标体系。

(3)建立不同洞库内年平均相对湿度等级下服役期巨跨地下洞库结构安全的分级评价标准。

3.1对围岩压力和初期与被覆间接触压力值对应的洞库结构安全级别进行分级，在同一洞库结构安全级别下，对应的围岩压力与初期和被覆间接触压力值相同，故采用同一公式表示，如下：

在洞库内年平均相对湿度等级为A级、B级或C级时：当压力＜0.06MPa时，洞库结构安全级别为I级；

在洞库内年平均相对湿度等级为A级、B级或C级时：当0.06MPa≤压力＜0.12MPa时，洞库结构安全级别为II级；

在洞库内年平均相对湿度等级为A级或B级时，且0.12MPa≤压力＜0.2MPa；或者洞库内年平均相对湿度等级为C级，且0.06MPa≤压力＜0.12MPa，洞库结构安全级别为III级；

当洞库内年平均相对湿度等级为A级、B级，且压力≥0.2MPa；或者在洞库内年平均相对湿度等级为C级时，且当压力≥0.06MPa，洞库结构安全级别为IV级。其中，压力值0.12MPa为洞库围岩结构发生变形的临界值。

3.2对喷射混凝土内力和被覆混凝土内力对应的洞库结构安全级别进行分级，喷射混凝土内力和被覆混凝土内力均独立监测，得到各微应变；在同一洞库结构安全级别下，对应的喷射混凝土内力和被覆混凝土内力微应变相同，故采用同一公式表示，如下：

洞库内年平均相对湿度等级为A级、B级或C级，且微应变＜25uε，洞库结构安全级别为I级；

在洞库内年平均相对湿度等级为A级、B级或C级时，且25uε≤微应变＜50uε，洞库结构安全级别为II级。

洞库内年平均相对湿度等级为A级或B级时：50uε≤微应变＜80uε，为III级；或者，当洞库内年平均相对湿度等级为C级时，微应变25uε≤微应变＜50uε，洞库结构安全级别为III级；

洞库内年平均相对湿度等级为A级或B级，微应变≥80uε，为IV级；或者当洞库内年平均相对湿度等级为C级时，微应变50uε≤微应变＜80uε，洞库结构安全级别为IV级；

3.3对围岩内部变形对应的洞库结构安全级别进行分级：

当洞库内年平均相对湿度等级为A级、B级或C级时，围岩内部变形＜0.9mm，洞库结构安全级别为I级；围岩内部变形用多点位移计监测。

当洞库内年平均相对湿度等级为A级、B级或C级时，0.9mm≤围岩内部变形＜1.8mm，洞库结构安全级别为II级；

洞库内年平均相对湿度等级为A级或B级时，1.8mm≤围岩内部变形＜3mm，为III级；或洞库内年平均相对湿度等级为C级，0.9mm≤围岩内部变形＜1.8mm，洞库结构安全级别为III级；

洞库内年平均相对湿度等级为A级或B级时，围岩内部变形≥3mm，洞库结构安全级别为IV级；或者当洞库内年平均相对湿度等级为C级时，1.8mm≤变形＜3mm，洞库结构安全级别为IV级。

3.4对锚杆轴力变形洞库结构安全级别进行分级进行如下分级：

洞库内年平均相对湿度等级为A级、B级或C级时且，锚杆轴力＜10KN，洞库结构安全级别为I级；

在洞库内年平均相对湿度等级为A级、B级或C级时，10KN≤锚杆轴力＜20KN，洞库结构安全级别为II级；

洞库内年平均相对湿度等级为A级或B级时，20KN≤锚杆轴力＜30KN，为III级；或者洞库内年平均相对湿度等级为C级，10KN≤锚杆轴力＜20KN，洞库结构安全级别为III级；

洞库内年平均相对湿度等级为A级或B级时，锚杆轴力≥30KN，为IV级；或者洞库内年平均相对湿度等级为C级时，20KN≤锚杆轴力＜30KN，洞库结构安全级别为IV级；

3.5对锚索轴力变形洞库结构安全级别进行分级进行如下分级：

洞库内年平均相对湿度等级为A级、B级或C级，且锚索轴力＜450KN，洞库结构安全级别为I级；

洞库内年平均相对湿度等级为A级、B级或C级，且450KN≤锚索轴力＜950KN时，洞库结构安全级别为II级；

洞库内年平均相对湿度等级为A级或B级，且950KN≤锚杆轴力＜1500KN，洞库结构安全级别为III级；或者当洞库内年平均相对湿度等级为C级，且450KN≤锚杆轴力＜950KN，洞库结构安全级别为III级；

洞库内年平均相对湿度等级为A级或B级，且锚杆轴力≥1500KN，洞库结构安全级别为IV级或者，洞库内年平均相对湿度等级为C级，且950KN≤锚杆轴力＜1500KN，洞库结构安全级别为IV级。

(4)确定施工方案：

以围岩压力监测为例，洞库内围岩压力由压力盒监测，压力盒固定于围岩上，压力盒的监测导线引出到初支面，与监测控制装置相连接，监测控制装置记录监测时间内的压力值，并保存。监测控制装置可采用控制器，且可与施工人员通信连接，如可与施工人员的手机通信连接。

当洞库结构安全级别为I级时，监测控制装置加密监测频率，以实现加强巨跨地下洞库结构的观察。

当洞库结构安全级别为II级时，发布预警至手机，并加密监测频率。

当洞库结构安全级别为III级时，加密监测频率，且采取措施，直至巨跨地下洞库各评价项目变形数值达到稳定。

当洞库结构安全级别为IV级时，发出撤出相关人员和设备的警告，停止巨跨地下洞库的运营，并采取相应措施进行维修。维修后，鉴定合格后才能继续使用。

Claims (5)

1.一种巨跨地下洞库服役期结构安全的评价方法，其特征在于，该评价方法如下：

步骤一、选择巨跨地下洞库内年平均相对湿度为巨跨地下洞库服役期环境影响的影响因素，并对影响因素进行如下分级：A级为洞库内年平均相对湿度＜50％，B级为洞库内50％≤年平均相对湿度＜80％，C级为洞库内年平均相对湿度≥80％；

步骤二、建立服役期巨跨地下洞库结构安全的评级指标体系，选择围岩压力、初期与被覆间接触压力、喷射混凝土内力、被覆混凝土内力、围岩内部变形、锚杆轴力和锚索轴力作为服役期巨跨地下洞库结构安全的评价项目，共同形成评价指标体系；

步骤三、各评价项目均为一独立的个体；分别监测各评价项目，得监测值，分别将各评价项目的监测值进行分段划分，各段对应洞库结构安全级别，为I级、II级、III级或IV级；当同时测定多个评价项目时，先得出各评价项目对应的洞库结构安全级别，然后将洞库结构安全级别高的值作为洞库安全级别的评价值；

在所述步骤三中，根据围岩压力与初期和被覆间接触压力值对洞库进行结构安全分级的过程如下：所述围岩压力与初期和被覆间接触压力值均独立监测，得到各压力值；在同一洞库结构安全级别下，对应的围岩压力与初期和被覆间接触压力值相同，故采用同一公式表示，如下：

在洞库内年平均相对湿度等级为A级、B级或C级，且压力值＜0.06MPa时，洞库结构安全级别为I级；

在洞库内年平均相对湿度等级为A级、B级或C级，且0.06MPa≤压力值＜0.12MPa时，洞库结构安全级别为II级；

在洞库内年平均相对湿度等级为A级或B级，且0.12MPa≤压力值＜0.2Mpa，洞库结构安全级别为III级；或者在洞库内年平均相对湿度等级为C级，且0.06MPa≤压力值＜0.12MPa，洞库结构安全级别为III级；

在洞库内年平均相对湿度等级为A级或B级，且压力值≥0.2MPa，洞库结构安全级别为IV级；或者在洞库内年平均相对湿度等级为C级，且当压力值≥0.06MPa，洞库结构安全级别为IV级；

其中，压力值0.12MPa为洞库围岩结构发生变形的临界值。

2.根据权利要求1所述的一种巨跨地下洞库服役期结构安全的评价方法，其特征在于，在所述步骤三中，根据喷射混凝土内力和被覆混凝土内力对洞库进行结构安全分级的过程如下：所述喷射混凝土内力和被覆混凝土内力均独立监测，得到各微应变；在同一洞库结构安全级别下，对应的喷射混凝土内力和被覆混凝土内力微应变相同，故采用同一公式表示，如下：

洞库内年平均相对湿度等级为A级、B级或C级，且微应变＜25uε，洞库结构安全级别为I级；

洞库内年平均相对湿度等级为A级、B级或C级，且25uε≤微应变＜50uε，洞库结构安全级别为II级；

洞库内年平均相对湿度等级为A级或B级，且50uε≤微应变＜80uε，洞库结构安全级别为III级；或者，当洞库内年平均相对湿度等级为C级，且25uε≤微应变＜50uε，洞库结构安全级别为III级；

洞库内年平均相对湿度等级为A级或B级，且微应变≥80uε，洞库结构安全级别为IV级；或者当洞库内年平均相对湿度等级为C级，且微应变50uε≤微应变＜80uε，洞库结构安全级别为IV级。

3.根据权利要求1或2所述的一种巨跨地下洞库服役期结构安全的评价方法，其特征在于，在所述步骤三中，根据围岩内部变形对洞库进行结构安全分级的过程如下：

洞库内年平均相对湿度等级为A级、B级或C级，且围岩内部变形＜0.9mm，洞库结构安全级别为I级；

当洞库内年平均相对湿度等级为A级、B级或C级，且0.9mm≤围岩内部变形＜1.8mm，洞库结构安全级别为II级；

洞库内年平均相对湿度等级为A级或B级，且1.8mm≤围岩内部变形＜3mm，洞库结构安全级别为III级；或洞库内年平均相对湿度等级为C级，且0.9mm≤围岩内部变形＜1.8mm，洞库结构安全级别为III级；

洞库内年平均相对湿度等级为A级或B级，且围岩内部变形≥3mm，洞库结构安全级别为IV级；或者当洞库内年平均相对湿度等级为C级，且1.8mm≤围岩内部变形＜3mm，洞库结构安全级别为IV级。

4.根据权利要求1或2所述的一种巨跨地下洞库服役期结构安全的评价方法，其特征在于，在所述步骤三中，根据锚杆轴力对洞库进行结构安全分级的过程如下：

洞库内年平均相对湿度等级为A级、B级或C级，且锚杆轴力＜10KN，洞库结构安全级别为I级；

洞库内年平均相对湿度等级为A级、B级或C级，且10KN≤锚杆轴力＜20KN，洞库结构安全级别为II级；

洞库内年平均相对湿度等级为A级或B级，且20KN≤锚杆轴力＜30KN，洞库结构安全级别为III级；或者洞库内年平均相对湿度等级为C级，且10KN≤锚杆轴力＜20KN，洞库结构安全级别为III级；

洞库内年平均相对湿度等级为A级或B级，且锚杆轴力≥30KN，洞库结构安全级别为IV级；或者洞库内年平均相对湿度等级为C级，且20KN≤锚杆轴力＜30KN，洞库结构安全级别为IV级。

5.根据权利要求1或2所述的一种巨跨地下洞库服役期结构安全的评价方法，其特征在于，在所述步骤三中，根据锚索轴力对洞库进行结构安全分级的过程如下：

洞库内年平均相对湿度等级为A级、B级或C级，且450KN≤锚索轴力＜950KN时，洞库结构安全级别为II级；

洞库内年平均相对湿度等级为A级或B级，且950KN≤锚杆轴力＜1500KN，洞库结构安全级别为III级；或者当洞库内年平均相对湿度等级为C级，且450KN≤锚杆轴力＜950KN，洞库结构安全级别为III级；

洞库内年平均相对湿度等级为A级或B级，且锚杆轴力≥1500KN，洞库结构安全级别为IV级或者，洞库内年平均相对湿度等级为C级，且950KN≤锚杆轴力＜1500KN，洞库结构安全级别为IV级。