CN116677453A - 圆形tbm隧道围岩稳定性监测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种圆形TBM隧道围岩稳定性监测方法及系统，所述方法包括以下步骤：获取圆形TBM隧道围岩稳定性待监测范围；基于所述待监测范围，确定圆形TBM隧道围岩稳定性的监测区域；基于所述监测区域，选取隧道的环向监测点；根据所述环向监测点，建立所述隧道的监测系统。本发明可以反映TBM隧道掘进质量及围岩稳定性持续性变化的现场应用技术，较为符合实际情况的TBM隧道安全性评价及反馈，可有效保证TBM的掘进质量的改善及支护结构的进一步优化，并由此降低由于稳定性引起的事故风险及带来的经济损失。

Description

圆形TBM隧道围岩稳定性监测方法及系统

技术领域

本发明涉及土木工程现场应用技术领域，尤其是涉及在TBM开挖掘进过程中，对TBM隧道支护结构施工的技术，具体地说，涉及一种圆形TBM隧道围岩稳定性监测方法及系统。

背景技术

智能化设备的应用和机械化施工的发展，推动着TBM综合性能的提高。对于TBM隧道中，基于高性能机械的开挖，已掘进隧道区段的围岩稳定性逐渐成为地质情况验证和隧道掘进质量的重要衡量标准，相应为隧道开挖后的支撑结构施作提供稳定安全的施工环境，对隧道支护结构的优化提供现场监测依据；

就较为全面的TBM隧道围岩稳定性监测系统的建立较少，针对相应评价指标的动态监测，更多的反映了围岩稳定性变化情况及支护结构的力学行为，而在较差围岩稳定性监测反馈施工中，安全性的不确定性和由于围岩不稳定引起的事故处理极为棘手。

有鉴于此特提出本发明。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种圆形TBM隧道围岩稳定性监测方法及系统，旨在反映TBM隧道掘进质量及围岩稳定性持续性变化的现场应用技术，较为符合实际情况的TBM隧道安全性评价及反馈，可有效保证TBM的掘进质量的改善及支护结构的进一步优化，并由此降低由于稳定性引起的事故风险及带来的经济损失。

为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：

第一方面，一种圆形TBM隧道围岩稳定性监测方法，所述方法包括以下步骤：

获取圆形TBM隧道围岩稳定性待监测范围；

基于所述待监测范围，确定圆形TBM隧道围岩稳定性的监测区域；

基于所述监测区域，选取隧道的环向监测点；

根据所述环向监测点，建立所述隧道的监测系统。

在上述任一方案中优选的实施例，基于所述待监测范围，确定圆形TBM隧道围岩稳定性的监测区域，包括：

在圆形TBM隧道中，以隧道轮廓中心为原点建立极坐标系；

基于所述极坐标系，以所述原点为中心按等差角度选取围岩稳定性监测点。

在上述任一方案中优选的实施例，所述环向监测点至少设置一个，所述围岩稳定性的评价指标为锚杆轴向应力、围岩压力、初支背后围岩内水压力、钢拱架内力以及喷射混凝土应力的动态变化量。

在上述任一方案中优选的实施例，根据所述环向监测点，建立所述隧道的监测系统，包括：

选取需进行围岩稳定性监测的区段，在该区段内对立好的拱架之间各测点位置分别挂设并固定钢筋网片；

当监测断面处于TBM撑靴前方时，在所述区段内的环向监测点位置安装各自对应的监测仪器。

在上述任一方案中优选的实施例，所述环向监测点设置有七个，分别为第一监测点、第二监测点、第三监测点、第四监测点、第五监测点、第六监测点和第七监测点。

在上述任一方案中优选的实施例，当监测断面处于TBM撑靴前方时，在所述区段内的环向监测点位置安装各自对应的监测仪器，包括：

TBM撑靴未移动过监测断面时，分别在钢拱架附近隧道断面拱顶的第一监测点、第二监测点和第三监测点位置围岩内安装锚杆轴力计和渗压计；

在钢拱架的第一监测点、第二监测点、第三监测点、第四监测点、第五监测点、第六监测点和第七监测点位置安装钢筋应力计、土压力盒；

在第一监测点、第二监测点和第三监测点位置的钢筋网片上预先安装混凝土应变计，其中，安装顺序包括：

在第一监测点、第二监测点和第三监测点上安装锚杆轴力计，当所述锚杆轴力计安装后，在所述第四监测点安装土压力盒和钢筋应力计，当所述土压力盒和钢筋应力计安装后，在所述第二监测点安装土压力盒、钢筋应力计、渗压计和混凝土应变计，在所述第一监测点上安装土压力盒、钢筋应力计、渗压计和混凝土应变计，在所述第三监测点上安装土压力盒、钢筋应力计、渗压计和混凝土应变计，在所述第五监测点上安装土压力盒和钢筋应力计，在TBM拱底位置，在所述第六监测点上安装土压力盒和钢筋计，在所述第七监测点上安装土压力盒、钢筋计，将已安装的仪器数据线沿隧道开挖轮廓或钢拱架边缘捋顺至隧道拱底处。

在上述任一方案中优选的实施例，在所述区段内的环向监测点位置安装各自对应的监测仪器后，还包括以下步骤：

在所述环向监测点上安装监测仪器；

基于所述监测仪器，实时对TBM撑靴进行监测，当所述TBM撑靴移动通过监测断面后再次安装监测仪器；

测量已安装的监测仪器的读数，测量完毕，将所有线头包裹，以备后续围岩持续性变化的动态监测。

在上述任一方案中优选的实施例，在所述环向监测点上安装监测仪器，包括：

锚杆轴力计安装，分别在相应的环向监测点上用锚杆钻机钻孔，在钻孔内安装锚杆轴力计，将足尺短钢筋两端分别与锚杆轴力计末端和钢拱架连接；

钢筋应力计安装，在每一环向监测点的钢拱架一侧上、下翼缘分别安装一根钢筋应力计，外侧钢筋计的两端直接焊接在钢拱架上翼缘处，内侧钢筋计两端先焊接短钢筋，后将两端短钢筋焊接在钢拱架下翼缘处；

土压力盒安装，在所述第一监测点、第二监测点和第三监测点钢拱架上翼缘外侧或者钢拱架背后安装土压力盒，将土压力盒置于钢支架内，将钢支架焊接固定在钢拱架上，使土压力盒与岩壁紧贴；

混凝土应变计安装，在每一环向监测点处按隧道轴向和环向将两根混凝土应变计用扎带分别绑扎在相应测点处的钢筋网片上；

渗压计安装，将渗压计置入钻好的孔内，孔口塞入锚固剂或水泥砂浆，并使用钢垫片封堵，钢垫片焊接在钢筋网片上。

在上述任一方案中优选的实施例，当所述TBM撑靴移动通过监测断面后再次安装监测仪器，包括：

等待所述TBM撑靴移动过监测断面后，在所述第四监测点和第五监测点分别使用手工钻机钻孔安装渗压计；

在对应环向监测点处的钢筋网片上预先安装轴向和环向混凝土应变计，将安装的仪器数据线捋顺至隧道拱底已汇总的线头并捆绑。

第二方面，一种圆形TBM隧道围岩稳定性监测系统，包括：

获取模块，用于获取圆形TBM隧道围岩稳定性待监测范围；

确定模块，用于基于所述待监测范围，确定圆形TBM隧道围岩稳定性的监测区域，具体包括：在圆形TBM隧道中，以隧道轮廓中心为原点建立极坐标系，基于所述极坐标系，以所述原点为中心按等差角度选取围岩稳定性监测点；

选取模块，用于基于所述监测区域，选取隧道的环向监测点；

建立模块，用于根据所述环向监测点，建立所述隧道的监测系统，具体包括：选取需进行围岩稳定性监测的区段，在该区段内对立好的拱架之间各测点位置分别挂设并固定钢筋网片，当监测断面处于TBM撑靴前方时，在所述区段内的环向监测点位置安装各自对应的监测仪器。

采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果。

通过根据所述环向监测点，建立所述隧道的监测系统，可以对已开挖掘进隧道围岩稳定性进行较为准确监测并反馈，其中测点的全局布置及局部选取较为真实反映了围岩的整体稳定特征，可有效保证TBM的掘进质量的改善及支护结构的进一步优化，并由此降低由于稳定性引起的事故风险及带来的经济损失。

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本申请的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分，本领域技术人员应该理解的是，这些附图未必是按比例绘制的，在附图中：

图1是本发明圆形TBM隧道围岩稳定性监测方法的环向监测点分布示意图。

图2是本发明圆形TBM隧道围岩稳定性监测方法的监测区段示意图。

需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本发明的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念，附图中的元素是示意性的，没有按比例绘制。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

本申请下述实施例以圆形TBM隧道围岩稳定性监测方法及系统为例进行详细说明本申请的方案，但是此实施例并不能限制本申请保护范围。

如图1和图2所示，本发明提供了一种圆形TBM隧道围岩稳定性监测方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1：获取圆形TBM隧道围岩稳定性待监测范围，基于所述待监测范围，确定圆形TBM隧道围岩稳定性的监测区域。

在本发明实施例所述的圆形TBM隧道围岩稳定性监测方法中，TBM(TunnelBoringMachine)：为(全断面)隧道掘进机(Tunnel隧道，Boring掘进)，它分为敞开式隧道掘进机和护盾式隧道掘进机，掘进、支护、出渣等施工工序并行连续作业，是机、电、液、光、气等系统集成的工厂化流水线隧道施工装备，具有掘进速度快、利于环保、综合效益高等优点，可实现传统钻爆法难以实现的复杂地理地貌深埋长隧洞的施工，在中国铁道、水电、交通、矿山、市政等隧洞工程中应用正在迅猛增长，在圆形TBM隧道中，以隧道轮廓中心为原点建立如图1所示极坐标系，按45°等差角度选取围岩稳定性环向监测点，所述环向监测点位置分别为，位于90°处的第一监测点1、位于135°处的第二监测点2、位于45°处的第三监测点3、位于180°处的第四监测点4、位于0°处的第五监测点5、位于225°处的第六监测点6、位于315°处的第七监测点7，其中，围岩稳定性的主要评价指标为，锚杆轴向应力、围岩压力、初支背后围岩内水压力、钢拱架内力、喷射混凝土应力，分别采用锚杆轴力计、土压力盒、渗压计、钢筋应力计、混凝土应变计等仪器于每一监测点处安装并进行动态监测。

因此，通过极坐标系进行隧道环向监测点的等差角度选取可保证TBM隧道围岩稳定性的整体把握，更加均匀的了解隧道围岩变化情况及力学响应分布特点，其中等差角度θ可根据地层地质条件进行综合确定监测点的疏密；监测点最少数需根据隧道结构类型进行确定，如结构设置有钢拱架，则监测点数不应少于如图1中分布的7个监测点数；对于隧道局部围岩实际收敛变形显著时，可相应增加测点，以满足特殊情况下的隧道围岩稳定性表征的动态监测，通过具体的隧道围岩稳定性评价指标进行监测具有较强的目的导向性，有助于监测情况的宏观表达，更是为监测系统的建立提供着重点。

在本发明实施例中，全断面硬岩掘进机(FullFaceRockTunnel BoringMachine，以下简称TBM)，TBM是集机械、电子、液压、激光、控制等技术于一体的高度机械化和自动化的大型隧道开挖衬砌成套设备，是一种由电动机(或电动机——液压马达)驱动刀盘旋转、液压缸推进，使刀盘在一定推力作用下贴紧岩石壁面，通过安装在刀盘上的刀具破碎岩石，使隧道断面一次成型的大型工程机械。TBM施工具有自动化程度高、施工速度快、节约人力、安全经济、一次成型，不受外界气候影响，开挖时可以控制地面沉陷，减少对地面建筑物得影响，水下地下施工不影响水中地面交通等优点，是岩石隧道掘进最有发展潜力的机械设备。

在本发明实施例中，所述TBM分为硬岩TBM和软地TBM，在岩石中开挖隧道的TBM：通常用这类TBM在稳定性良好、中～厚埋深、中～高强度的岩层中掘进长大隧道，这类掘进机所面临的基本问题是如何破岩，保持掘进的高效率和工程顺利。在松软地层中掘进隧道的TBM(国内通常称为狭义盾构机)：通常用这类TBM在具有有限压力的地下水位以下的基本均质的软弱地层中开挖有限长度的隧道，这类掘进机所面临的基本问题是空洞、开挖掌子面的稳定、市区地表沉降等。

在本发明实施例中，对于全断面隧道掘进机，在国内有两种提法，其一是岩石掘进机(TBM)，其二是盾构机。TBM就是适合硬岩掘进的隧道掘进机，盾构机指的是适于在软岩、土中的隧道掘进机。当然，盾构机也有安装硬岩TBM滚刀的复合盾构。而硬岩TBM又可分为敞开式TBM、双护盾式TBM、单护盾式TBM。

在本发明实施例中，硬岩TBM适用于山岭隧道硬岩掘进，代替传统的钻爆法，在相同的条件下，其掘进速度约为常规钻爆法的4～10倍，最佳日进尺可达40m；具有快速、优质、安全、经济、有利于环境保护和劳动力保护等优点。特别是高效快速可使工程提前完工，提前创造价值，对我国的现代化建设有很重要的意义。

在本发明实施例中，而软岩TBM适用于软弱性围岩施工的隧道掘进机，是城市地铁建设中速度快、质量好、安全性能高的先进技术。采用盾构机施工的区间隧道，可以做到对土体弱扰动，不影响地面建筑物和交通，减少地上、地下的大量拆迁，这两种设备的技术开发与应用，在我国地下工程领域具有十分广阔的前景。

在本发明实施例中，盾构TBM是采用盾构法(掘进的同时构建隧道之盾即支撑性管片)，是广义盾构机，无论硬岩还是较松软的地层；敞开式TBM：开挖隧道时不需要铺设管片，而是集开挖、支护、出渣于一体，可以实现隧道的一次成型，主要应用于长大硬岩隧道施工。

步骤2：基于所述监测区域，选取隧道的环向监测点，根据所述环向监测点，建立所述隧道的监测系统。

在本发明实施例所述的圆形TBM隧道围岩稳定性监测方法中，选取最具代表性的围岩稳定性监测区段，在该区段内对立好的拱架之间各测点位置分别挂设并固定钢筋网片(1m×1m)，如图2所示，监测断面处于TBM撑靴前方时(即TBM撑靴未移动过监测断面时)，对各测点的仪器进行安装布置(以第一钢拱架8附近隧道断面为例，其中，还包括与所述第一钢拱架8互相平行的第二钢拱架9和第三钢拱架10)。

其中，当TBM撑靴未移动过监测断面时，分别在第一钢拱架8附近隧道断面拱顶第一监测点1、第二监测点2、第三监测点3位置围岩内安装锚杆轴力计和渗压计，在第一钢拱架8的第一监测点1、第二监测点2、第三监测点3、第四监测点4、第五监测点5、第六监测点6、第七监测点7位置安装钢筋应力计、土压力盒，在第一监测点1、第二监测点2、第三监测点3位置的钢筋网片上预先安装混凝土应变计，现场实际安装顺序如下：

第一监测点1、第二监测点2、第三监测点3安装锚杆轴力计→第四监测点安装土压力盒和钢筋应力计→第二监测点2安装土压力盒、钢筋应力计、渗压计和混凝土应变计→第一监测点1安装土压力盒、钢筋应力计、渗压计和混凝土应变计→第三监测点3安装土压力盒、钢筋应力计、渗压计和混凝土应变计→第五监测点5安装土压力盒和钢筋应力计→至TBM拱底位置，第六监测点6安装土压力盒、钢筋计→第七监测点7安装土压力盒、钢筋计→将已安装的各类仪器数据线沿隧道开挖轮廓或钢拱架边缘捋顺至隧道拱底处。

在本发明另一实施例中，所述圆形TBM隧道围岩稳定性监测方法，还包括：隧道环向监测点各类仪器安装方式，其中，具体包括以下安装步骤：

步骤21：锚杆轴力计安装，分别在相应测点用锚杆钻机钻孔(深3m、直径为5cm)，之后在钻孔内安装锚杆轴力计，使用焊接方式将足尺Φ20cm短钢筋两端分别与锚杆轴力计末端和第一钢拱架8连接，其中，所述锚杆轴力计用于测量锚杆轴力及其分布的仪器，通过轴力测量，可掌握锚杆的受力状态、变化过程与趋势，确认锚固效果，通过轴力测量，可掌握锚杆的受力状态、变化过程与趋势，确认锚固效果，国内常用仪器主要有三类：差动式钢筋计量测锚杆，数据稳定可靠，长期观测效果理想，是较好的一种轴力计；钢弦式钢筋计量测锚杆，使用频率仪、周期仪测试，性能较稳定、价格较低、安设时孔径也小、使用较方便；电阻片量测锚杆，则在防潮、防外界干扰方面存在程度不同的问题，但结构简单、使用方便、价格低廉，应用较广。

步骤22：钢筋应力计安装,在每一测点的钢拱架一侧上、下翼缘分别安装1根钢筋应力计(即分别为外、内侧钢筋应力计)，外侧钢筋计的两端直接焊接在钢拱架上翼缘处，内侧钢筋计两端需事先焊接10cm短钢筋，后将两端短钢筋焊接在钢拱架下翼缘处，其中，所述钢筋应力计为钢弦式钢筋应力计。

步骤23：土压力盒安装，在所述第一监测点1、第二监测点2、第三监测点3的钢拱架上翼缘外侧(或者钢拱架背后)安装土压力盒，将土压力盒置于事先制备好的钢支架内，将钢支架焊接固定在钢拱架上，使土压力盒与岩壁紧贴，第四监测点4、第五监测点5位置的土压力盒必须安装在钢拱架背后，若钢拱架背后空隙太小，可使用凿子配合锤子、手工钻机等工具凿除钢拱架背后部分岩块，将土压力盒置于钢拱架背后，用4截短钢筋焊接在钢拱架上固定土压力盒，在本发明实施例中，钢拱架为钢拱架支护，钢拱架支护是采用型钢成形后加固地下工程的支护措施，采用L、u、I字型钢和钢轨、钢管等型钢，加工成所需形状，用整榀安装或杆件拼装方式加固地下工程的支护措施，可与锚杆、喷射混凝土、钢筋网组成复合支护，其中，刚性钢拱架和可缩性钢拱架两类，具有即时强度和刚度，能控制围岩过大变形，但成本较高,对开挖断面尺寸精度要求较严。多在浅埋、偏压、自稳时间极短的围岩，以及松散、破碎、有涌水、膨胀性岩土中施工采用此法，其中，所述土压力盒为双膜土压力盒，双膜土压力盒用于测量土石坝、防波堤、护岸、码头岸壁、高层建筑、管道基础、桥墩、挡土墙、隧道、地铁、机场、公路、铁路、防渗墙结构等建筑基础中土应力以及冰川冻土中冻涨力的测量，具有稳定性好，不受导线长度影响，适合长期观测等优点，并可同步测量埋设点的温度，可选择数字式温度计作为测温元件。

步骤24：混凝土应变计安装，在每一测点处按隧道轴向和环向将2根混凝土应变计用扎带分别绑扎在相应测点处的钢筋网片上，其中，混凝土应变计是用于各种混凝土结构内部的应变测量的设备，YT-ZX-0200系列埋入式混凝土应变计用于各种混凝土结构内部的应变测量，埋设时将应变计按需测量方向轻绑在结构钢筋上(埋入式钢梁应变计固定在被测钢梁上)，然后灌入混凝土，适用于桥梁、隧道、大坝、建筑、各种混凝土桩的应变监测，埋入式混凝土应变计根据张力弦原理制造，使用频率作为输出信号，抗干扰能力强，远距离输送产生的误差极小，并且内置温度传感器，对外界温度影响产生的变化进行温度修正，每个传感器内部有计算芯片，自动对测量数据进行换算而直接输出物理量，减少人工换算的失误和误差，全部元器件进行严格测试和老化筛选，尤其是高低温应力消除试验，增强弦的稳定性和可靠性；另有三防处理，保证在长期恶劣环境中高成活率的问题。

步骤25：渗压计安装，将渗压计置入事先钻好的孔内，孔口塞入锚固剂和水泥砂浆，并使用钢垫片封堵，钢垫片焊接在钢筋网片上，其中，孔隙水压力计(也常称为渗压计，VibratingWirePiezometer)，是用于测量构筑物内部孔隙水压力或渗透压力的传感器，其中，孔隙水压力计按仪器类型可以分为差动电阻式、振弦式、压阻式及硅压式等，振弦式渗压计与硅压式扬压力计都能适用于长期埋设在水工结构物或其它混凝土结构物及土体内，测量结构物或土体内部的渗透(孔隙)水压力，并可同步测量埋设点的温度，渗压计加装配套附件可在测压管道、地基钻孔中使用，渗压计为全不锈钢结构，20x120mm的灵巧体积，可方便放置在需要测量的狭小部位，硅压式扬压力计为智能传感器，输出信号为物理量并温度、气压自动补偿，振弦式渗压计具有智能识别功能。

在本发明实施例所述的圆形TBM隧道围岩稳定性监测方法中，内侧钢筋计两端焊接短钢筋主要是为了能够监测到钢拱架内边缘应力情况，如焊接于钢拱架内边缘极易被破坏，而焊接于腹板靠近翼缘处则可避免被破坏情况，并且弥补了钢拱架既有圆弧度对钢筋应力计实际指标监测数据的影响，通过事先制备好的钢支架焊接固定在钢拱架上，使土压力盒与岩壁紧贴，保证现场监测数据与指标实际真实值无较大误差。

在本发明另一实施例中，所述圆形TBM隧道围岩稳定性监测方法，还包括：

TBM撑靴移动过监测断面后仪器安装，等待TBM撑靴移动过监测断面后，在第四监测点4、第五监测点5分别使用手工钻机钻孔(深15cm、直径为3～5cm)安装渗压计，在对应测点处的钢筋网片上预先安装轴向和环向混凝土应变计，将安装的仪器数据线捋顺至隧道拱底已汇总的线头并捆绑，等待TBM撑靴过监测断面后再进行第四监测点4、第五监测点5渗压计和混凝土应变计的安装，主要是为了避免TBM推进开挖过程中再次换步时撑靴支撑覆盖区包含隧道围岩表面第四监测点4、第五监测点5所在区域，保证安装仪器的完好性，如在TBM换步前即安装第四监测点4、第五监测点5仪器，在TBM换步后撑靴挤压到第四监测点4、第五监测点5位置时极易造成安装仪器被破坏，影响监测系统的建立和隧道围岩稳定性的动态监测；

用振弦频率仪测量已安装仪器元件，并做好保护措施，收集的监测数据进行整理并用于围岩稳定性评价，其中，选取的最具代表性的围岩稳定性监测区段可根据地层地质条件、隧道结构特征等进行具有代表性断面的确定，因而可具有较好的针对性和研究导向性，用振弦频率仪测量所有已安装仪器元件的读数，测量完毕，将所有线头装入尼龙编织带内，扎紧袋口，以备后续围岩持续性变化的动态监测，对收集的监测数据进行整理并用于围岩稳定性分析和评价。

一种圆形TBM隧道围岩稳定性监测系统，包括：

获取模块，用于获取圆形TBM隧道围岩稳定性待监测范围；

确定模块，用于基于所述待监测范围，确定圆形TBM隧道围岩稳定性的监测区域，具体包括：在圆形TBM隧道中，以隧道轮廓中心为原点建立极坐标系，基于所述极坐标系，以所述原点为中心按等差角度选取围岩稳定性监测点，其中，围岩稳定性监测点需根据选取断面的结构和应监测项目进行布置选取，在隧道环向各监测点处埋设安装仪器，可以很好的获得不同监测项目在隧道环向上的分布规律，不同监测点间安装的仪器类型有差异，应根据该测点位置的支护结构类型及特点进行针对性设计，不能一概而论，安装的监测仪器类型可根据地层地质条件、隧道结构类型等进行合理选择，以此反映所在监测点位处的围岩变化情况，围岩稳定性的主要评价指标为，锚杆轴向应力、围岩压力、初支背后围岩内水压力、钢拱架内力、喷射混凝土应力，分别采用锚杆轴力计、土压力盒、渗压计、钢筋应力计、混凝土应变计等仪器于每一监测点处安装并进行动态监测，通过极坐标系进行隧道环向监测点的等差角度选取可保证TBM隧道围岩稳定性的整体把握，更加均匀的了解隧道围岩变化情况及力学响应分布特点；对于隧道局部围岩实际收敛变形显著时，可相应增加测点，以满足特殊情况下的隧道围岩稳定性表征的动态监测，通过具体的隧道围岩稳定性评价指标进行监测具有较强的目的导向性，有助于监测情况的宏观表达，更是为监测系统的建立提供着重点；

选取模块，用于基于所述监测区域，选取隧道的环向监测点；

建立模块，用于根据所述环向监测点，建立所述隧道的监测系统，具体包括：选取需进行围岩稳定性监测的区段，在该区段内对立好的拱架之间各测点位置分别挂设并固定钢筋网片，当监测断面处于TBM撑靴前方时，在所述区段内的环向监测点位置安装各自对应的监测仪器，等待TBM撑靴过监测断面后再进行第四监测点4、第五监测点5的渗压计和混凝土应变计的安装，主要是为了避免TBM推进开挖过程中再次换步时撑靴支撑覆盖区包含隧道围岩表面第四监测点4、第五监测点5所在区域，保证安装仪器的完好性，如在TBM换步前即安装第四监测点4、第五监测点5的仪器，在TBM换步后撑靴挤压到第四监测点4、第五监测点5的位置时极易造成安装仪器被破坏，影响监测系统的建立和隧道围岩稳定性的动态监测。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种圆形TBM隧道围岩稳定性监测方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

获取圆形TBM隧道围岩稳定性待监测范围；

基于所述待监测范围，确定圆形TBM隧道围岩稳定性的监测区域；

基于所述监测区域，选取隧道的环向监测点；

根据所述环向监测点，建立所述隧道的监测系统。

2.根据权利要求1所述的圆形TBM隧道围岩稳定性监测方法，其特征在于，基于所述待监测范围，确定圆形TBM隧道围岩稳定性的监测区域，包括：

在圆形TBM隧道中，以隧道轮廓中心为原点建立极坐标系；

基于所述极坐标系，以所述原点为中心按等差角度选取围岩稳定性监测点。

3.根据权利要求2所述的圆形TBM隧道围岩稳定性监测方法，其特征在于，所述环向监测点至少设置一个，所述围岩稳定性的评价指标为锚杆轴向应力、围岩压力、初支背后围岩内水压力、钢拱架内力以及喷射混凝土应力的动态变化量。

4.根据权利要求1所述的圆形TBM隧道围岩稳定性监测方法，其特征在于，根据所述环向监测点，建立所述隧道的监测系统，包括：

选取需进行围岩稳定性监测的区段，在该区段内对立好的拱架之间各测点位置分别挂设并固定钢筋网片；

当监测断面处于TBM撑靴前方时，在所述区段内的环向监测点位置安装各自对应的监测仪器。

5.根据权利要求4所述的圆形TBM隧道围岩稳定性监测方法，其特征在于，所述环向监测点设置有七个，分别为第一监测点、第二监测点、第三监测点、第四监测点、第五监测点、第六监测点和第七监测点。

6.根据权利要求5所述的圆形TBM隧道围岩稳定性监测方法，其特征在于，当监测断面处于TBM撑靴前方时，在所述区段内的环向监测点位置安装各自对应的监测仪器，包括：

TBM撑靴未移动过监测断面时，分别在钢拱架附近隧道断面拱顶的第一监测点、第二监测点和第三监测点位置围岩内安装锚杆轴力计和渗压计；

在钢拱架的第一监测点、第二监测点、第三监测点、第四监测点、第五监测点、第六监测点和第七监测点位置安装钢筋应力计、土压力盒；

在第一监测点、第二监测点和第三监测点位置的钢筋网片上预先安装混凝土应变计，其中，安装顺序包括：

在第一监测点、第二监测点和第三监测点上安装锚杆轴力计，当所述锚杆轴力计安装后，在所述第四监测点安装土压力盒和钢筋应力计，当所述土压力盒和钢筋应力计安装后，在所述第二监测点安装土压力盒、钢筋应力计、渗压计和混凝土应变计，在所述第一监测点上安装土压力盒、钢筋应力计、渗压计和混凝土应变计，在所述第三监测点上安装土压力盒、钢筋应力计、渗压计和混凝土应变计，在所述第五监测点上安装土压力盒和钢筋应力计，在TBM拱底位置，在所述第六监测点上安装土压力盒和钢筋计，在所述第七监测点上安装土压力盒、钢筋计，将已安装的仪器数据线沿隧道开挖轮廓或钢拱架边缘捋顺至隧道拱底处。

7.根据权利要求4所述的圆形TBM隧道围岩稳定性监测方法，其特征在于，在所述区段内的环向监测点位置安装各自对应的监测仪器后，还包括以下步骤：

在所述环向监测点上安装监测仪器；

基于所述监测仪器，实时对TBM撑靴进行监测，当所述TBM撑靴移动通过监测断面后再次安装监测仪器；

测量已安装的监测仪器的读数，测量完毕，将所有线头包裹，以备后续围岩持续性变化的动态监测。

8.根据权利要求7所述的圆形TBM隧道围岩稳定性监测方法，其特征在于，在所述环向监测点上安装监测仪器，包括：

锚杆轴力计安装，分别在相应的环向监测点上用锚杆钻机钻孔，在钻孔内安装锚杆轴力计，将足尺短钢筋两端分别与锚杆轴力计末端和钢拱架连接；

钢筋应力计安装，在每一环向监测点的钢拱架一侧上、下翼缘分别安装一根钢筋应力计，外侧钢筋计的两端直接焊接在钢拱架上翼缘处，内侧钢筋计两端先焊接短钢筋，后将两端短钢筋焊接在钢拱架下翼缘处；

土压力盒安装，在所述第一监测点、第二监测点和第三监测点钢拱架上翼缘外侧或者钢拱架背后安装土压力盒，将土压力盒置于钢支架内，将钢支架焊接固定在钢拱架上，使土压力盒与岩壁紧贴；

混凝土应变计安装，在每一环向监测点处按隧道轴向和环向将两根混凝土应变计用扎带分别绑扎在相应测点处的钢筋网片上；

渗压计安装，将渗压计置入钻好的孔内，孔口塞入锚固剂或水泥砂浆，并使用钢垫片封堵，钢垫片焊接在钢筋网片上。

9.根据权利要求7所述的圆形TBM隧道围岩稳定性监测方法，其特征在于，当所述TBM撑靴移动通过监测断面后再次安装监测仪器，包括：

等待所述TBM撑靴移动过监测断面后，在所述第四监测点和第五监测点分别使用手工钻机钻孔安装渗压计；

在对应环向监测点处的钢筋网片上预先安装轴向和环向混凝土应变计，将安装的仪器数据线捋顺至隧道拱底已汇总的线头并捆绑。

10.一种圆形TBM隧道围岩稳定性监测系统，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取圆形TBM隧道围岩稳定性待监测范围；

确定模块，用于基于所述待监测范围，确定圆形TBM隧道围岩稳定性的监测区域，具体包括：在圆形TBM隧道中，以隧道轮廓中心为原点建立极坐标系，基于所述极坐标系，以所述原点为中心按等差角度选取围岩稳定性监测点；

选取模块，用于基于所述监测区域，选取隧道的环向监测点；

建立模块，用于根据所述环向监测点，建立所述隧道的监测系统，具体包括：选取需进行围岩稳定性监测的区段，在该区段内对立好的拱架之间各测点位置分别挂设并固定钢筋网片，当监测断面处于TBM撑靴前方时，在所述区段内的环向监测点位置安装各自对应的监测仪器。