CN116856936A - 一种隧道的施工方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种隧道的施工方法，其包括如下步骤：对待施工隧道的区域内的土体进行地质勘察，以采集所述土体的地质数据，并根据所述地质数据制定施工方案；将待施工隧道划分为若干施工单元；开挖第N个施工单元的土方，并施工形成支护层，采集第N个施工单元的支护层的强度数据，此时N＝1；通过三维全息扫描仪，扫描第N个施工单元并生成三维模型，将所述三维模型和隧道的标准模型比对，以获得第N个施工单元的变形数据。本申请具有安全性增强的效果。

Description

一种隧道的施工方法

技术领域

本申请涉及隧道施工的领域，尤其是涉及一种隧道的施工方法。

背景技术

目前建筑领域隧道工程应用较为普遍，浅埋、偏压、大断面、多孔隧道也随之越来越多，隧道开挖可能面临软弱破碎围岩、滑坡、岩溶等不良地质情况。在隧道施工过程中，围岩的变形情况对隧道工程整体修建至关重要，所以施工过程中的预防及监测技术方法也显得尤为重要。

目前现在普遍应用的是围岩监控量测或超前地质预报或感应系统监测的单一处理方法，如CN114323091A中利用传感器测量数据并传入信号处理器，根据采集到的数据以指导隧道施工，这种监测方法单一，很难反映隧道全方位的数据，隧道施工中很容易发生安全事故。

发明内容

为了提高睡到施工的安全性，本申请提供一种隧道的施工方法。

本申请提供的一种隧道的施工方法采用如下的技术方案：

一种隧道的施工方法，包括如下步骤：

对待施工隧道的区域内的土体进行地质勘察，以采集所述土体的地质数据，并根据所述地质数据制定施工方案；

将待施工隧道划分为若干施工单元；

开挖第N个施工单元的土方，并施工形成支护层，采集第N个施工单元的支护层的强度数据，此时N＝1；

通过三维全息扫描仪，扫描第N个施工单元并生成三维模型，将所述三维模型和隧道的标准模型比对，以获得第N个施工单元的变形数据；

当所述强度数据高于设定强度值且所述变形数据低于设定变形值时，开挖第N+1个施工单元的土方，并施工形成支护层，采集第N+1个施工单元的支护层的强度数据；令N＝N+1并重复S4～S5，直至开挖完所有的施工单元以形成隧道。

可选的，采集所述土体的地质数据。

可选的，地质数据包括水文数据、地形数据、地貌数据、温度、湿度、抗震数据以及围岩强度数据。

可选的，将所述围岩强度数据与待施工隧道的区域的设计围岩强度数据以对，当所述围岩强度数据低于所述设计围岩强度数据时，于待施工隧道的区域内施工形成外支护。

可选的，采集所述抗震数据时，还包括：提供若干接收器，将所述接收器间隔埋设于待施工隧道的区域内，并于所述待施工隧道的区域内间隔设置若干起爆点，引爆所述起爆点以使得所述接收器采集所述抗震数据。

可选的，通过地质雷达仪采集所述水文数据、地形数据以及地貌数据。

可选的，施工形成第N个所述施工单元的支护层后，还包括：采集所述支护层受到的压力值数据，当所述压力值数据达到设定压力值且在一定时间内处于设定范围内时，于所述支护层的内壁施工形成仰拱和二衬。

可选的，于所述支护层的内壁间隔设置若干的采样点；提供若干检测器，将所述检测器对应设置于所述采样点，以采集所述支护层的强度数据。

可选的，还包括利用所述三维全息扫描仪扫描所述第N个施工单元以得到隧道内壁的若干点云数据，根据所述点云数据以生成所述三维模型。

可选的，生成所述三维模型前，将所述点云数据进行配准、切片提取以及拟合；生成所述三维模型后，将所述三维模型和隧道的标准模型比对并将所述点云数据进行变形数据提取。

附图说明

图1为本实施例一种隧道的施工方法的流程示意图

具体实施方式

以下结合附图1对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开一种隧道的施工方法。本发明提供一种隧道的施工方法，利用地质勘察、施工单元监测和三维模型对隧道施工的各个时间段进行科学系统的施工指导，其中，包括如下步骤：

S1，对待施工隧道的区域内的土体进行地质勘察，以采集土体的地质数据，并根据地质数据制定施工方案；

S2，将待施工隧道划分为若干施工单元；

S3，开挖第N个施工单元的土方，并施工形成支护层，采集第N个施工单元的支护层的强度数据，此时N＝1；

S4，通过三维全息扫描仪，扫描第N个施工单元并生成三维模型，将三维模型和隧道的标准模型比对，以获得第N个施工单元的变形数据；

S5，当强度数据高于设定强度值且变形数据低于设定变形值时，开挖第N+1个施工单元的土方，并施工形成支护层，采集第N+1个施工单元的支护层的强度数据；令N＝N+1并重复S4～S5，直至开挖完所有的施工单元以形成隧道。

本发明隧道的施工方法的一种较佳实施案例为，采集土体的地质数据。

具体的，地质数据包括水文数据、地形数据、地貌数据、温度、湿度、抗震数据以及围岩强度数据。

具体的，将围岩强度数据与待施工隧道的区域的设计围岩强度数据以对，当围岩强度数据低于设计围岩强度数据时，于待施工隧道的区域内施工形成外支护，当围岩强度数据高于设计围岩强度数据时，可以直接进行隧道的施工。

具体的，采集抗震数据时，还包括：

提供若干接收器，将接收器间隔埋设于待施工隧道的区域内，并于待施工隧道的区域内间隔设置若干起爆点，引爆起爆点以使得接收器采集抗震数据。

较佳地，于待施工场地间隔打设若干的接收器孔，将该接收器的探头埋设于该接收器孔；提供起爆设备，于待施工场地间隔打设若干爆破点，将该起爆设备的爆破器放置于该爆破点内；开启该起爆设备的控制开关以引爆该爆破器，在该爆破器爆破时，该接收器的信号仪器接收该探头探测的波段数据。

较佳地，TSP超前地质预报系统包括TSPwin处理系统，该TSPwin处理系统的编程分析处理该波段数据后，以生成二维成果图和三维空间成果图，施工人员根据该二维成果图和三维空间成果图分析得出围岩强度等结论，以根据该些结论指导隧道的施工。

较佳地，该TSPwin处理系统是安装在室内计算机，该TSPwin处理系统依据隧道地震反射波和绕射波原理，采用多波、多分量分析处理技术，对于简单、重复且费时的步骤尽量采取自动的处理方式，对于解释重要结论的处理过程，程序设立了源生对比检查的方式和利用多参数综合成果对比功能，为了方便进行地质分析推断解释，该TSPwin处理系统具有提供二维成果图和三维空间成果图件的功能。该TSPwin处理系统处理数据后生成TSP报告，TSP报告中附的成果图表有：①现场数据记录表；②TSP地震波超前预报成果图标，主要包括：地震波三分量原始记录图、水平剖面与铅垂剖面地震波偏移归位成果图、TSP综合地质预报成果图、三维空间地质界面分布图和岩体比速度参数成果图、三维空间横断面扫描成果图。

具体的，通过地质雷达仪采集水文数据、地形数据以及地貌数据。

具体的，该地质雷达仪设置有若干供控制采集数据的信号触发器，该信号触发器包括测量轮触发以及键盘触发的控制方式；

较佳地，当采集平原地带时采用该测量轮触发的控制方式，当采集山地、丘陵、掌子面等场地时采用键盘触发的控制方式，因为隧道掌子面凹凸不平，所以一般不能保证测量轮的正常工作，因此不采用测量轮触发的触发方式；键盘触发的触发方式是通过电脑键盘发送指令给雷达控制系统，按一下键盘采集一道数据，天线按固定间距移动，移动一次采集一道数据，这种信号触发方式非常适合掌子面恶劣的工作条件。

较佳地，地质雷达仪测量的到的数据处理时要求：雷达记录应清晰，反射波形、同相轴明显，不合格的记录应重测。对合格的记录应根据记录的情况进行必要的处理如：编辑、滤波、增益、褶积、道分析、速度分析和消除背景干扰等，求得时间剖面；在时间剖面中应标出探测对象的反射波组，确定反射体的形态和规模；解释确定反射体的位置、形态，推断其充填情况。必要时应制作模型进行反演解析。提交以下资料：测线布置图；原始记录；时间剖面；解析参数和解析结果。

较佳地，根据地质报告得到地层岩性、地质构造、不良地质、水文地质特征等，判定隧道的围岩完整性和围岩分级，结合勘察和地质调查取得的地质资料预测隧道前方地质情况，避免施工中出现地质灾害，提高了施工的安全性。

进一步的，施工形成一个所述施工单元的支护层后，还包括：

采集支护层受到的压力值数据，当压力值数据达到设定压力值且在一定时间内处于设定范围内时，于对应施工单元的支护层的内壁施工形成仰拱和二衬。

具体的，还包括：

于支护层的内壁间隔设置若干的采样点；

提供若干检测器，将检测器对应设置于采样点，以采集支护层的强度数据。

较佳地，如图1所示，于该施工单元的拱顶、拱腰以及拱脚位置间隔埋设若干检测器，使用该检测器以检测该拱顶位置的拱顶下沉量、该拱腰位置的净空变化量以及该拱脚位置的拱脚下沉量、鼓起量等数据。

具体的，压力值数据包括支护层的内部变形量、隧道内壁的压力值、该施工单元的衬砌之间的压力。

较佳地，如图1所示，在隧道中心线拱顶处、拱腰处及拱脚处分别埋设监测点，打孔直接安装于岩体中，埋入围岩深度不小于20cm。预埋测点由钢筋加工而成，采用冲击电锤或风钻钻孔，埋入φ25的钢筋，初喷完混凝土后，对附着在监测点上的混凝土进行清除，在面对进洞方向粘贴反射片。为防止挖掘机等机械碰桩测桩，测桩只能外露5厘米左右，测桩头需设保护罩，拱顶下沉及水平收敛位移量测布置在同一断面。实施中利用全站仪的无棱镜反射，用边角法构筑三角形的边长变化来分析隧道周边某两点相对位置的变化。

较佳地，通过数据分析，当一般地段：收敛速度＞5mm/d时，围岩处于急剧变化状态，需要加强初期支护系统；收敛速度＜0.2mm/d时，拱部下沉速度小于0.15/d，围岩基本达到稳定。特殊地质地段：加强初期支护强度和刚度，严格控制过大变形。各量测项目持续到变形基本稳定后1～3周结束，断层破碎带地段位移长时间不能稳定时，延长量测时间并采取加强措施。

施工单元的监测数据可以提供判断围岩和支护系统基本稳定的依据，通过监测数据的连续变化，分析支护层的作用及效果，确定二衬和仰拱的施作时间；通过对监测数据的分析处理，掌握地层稳定性变化规律，预见事故和险情，为大变形发展情况及研究、决策提供基础资料，作为调整和修正支护设计参数及施工方法的依据，提供围岩和支护衬砌最终稳定的信息。

进一步的，还包括利用三维全息扫描仪扫描第N个施工单元以得到隧道内壁的若干点云数据，根据点云数据以生成三维模型。

具体的，还包括：

生成三维模型前，将点云数据进行配准、切片提取以及拟合；

生成三维模型后，将三维模型和隧道的标准模型比对并将点云数据进行变形数据提取以及分析处理。

较佳地，将该三维全息扫描仪的扫描器架设于隧道，将该三维全息扫描仪的标靶间隔安装于隧道内，进而使用该三维全息扫描仪扫描隧道，以得到点云数据。

利用激光测距的原理，记录被测物体表面大量的密集的点的三维坐标、反射率和纹理等信息。结合计算机视觉与图像处理技术，将其扫描结果直接显示为点云，可快速复建出被测目标的三维模型及线、面、体等各种图件数据。这样全面的信息能给人一种物体在电脑里真实再现的感觉。隧道点云内业处理包括数据下载预处理、点云的配准拼接、点云切片提取、点云拟合、变形信息的提取与分析等。

本发明隧道的施工方法通过利用地质勘察、施工单元监测以及三维立体扫描技术，从而全方位采集隧道施工中的数据，并根据该些数据生成的报告进行科学、可视化的施工指导，提高了隧道施工的安全性，通过监测数据的连续变化，分析支护结构的作用及效果，确定隧道内壁的二衬和仰拱的施作时间；通过对施工单元监测数据和三维模型的分析处理，掌握地层稳定性变化规律，预见事故和险情，为大变形发展情况及研究、决策提供基础资料，作为调整和修正支护设计参数及施工方法的依据，提供围岩和支护衬砌最终稳定的信息。

本发明隧道的施工方法的具体实施案例为，对待施工隧道进行地质勘察，使用TSP超前地质预报系统，将接收器间隔埋设于待施工隧道，并于待施工隧道间隔设置若干起爆点，引爆起爆点以使得接收器采集抗震数据，并采集水文数据、地形数据、地貌数据、温度、湿度以及抗震数据等地质数据，分析该些地质数据以指定施工方案，将地质数据与待施工隧道的区域的设计数据以对，当地质数据中的围岩强度数据低于设计围岩强度数据时，于待施工隧道的区域内施工形成外支护，当地质数据中的围岩强度数据高于设计围岩强度数据时，直接进行隧道开挖；

将待施工隧道划分为若干施工单元；

开挖第一个施工单元的土方，并施工形成支护层，于支护层的内壁间隔设置若干的采样点，将检测器对应设置于采样点，以采集第一个施工单元的支护层的强度数据和压力值数据，支护层的强度数据达标后，当压力值数据达到设定压力值且在一定时间内处于设定范围内时，于支护层的内壁施工形成仰拱和二衬；

将该三维全息扫描仪的扫描器架设于隧道，将该三维全息扫描仪的标靶间隔安装于隧道内，进而使用该三维全息扫描仪扫描隧道；

根据该三维全息扫描仪扫描到的数据生成点云，将该点云进行配准、切片提取、拟合后生成该三维模型，根据该三维模型以检测隧道变形量，将三维模型和隧道的标准模型比对，以采集第一个施工单元的变形数据；

当变形数据低于设定值时，开挖第二个施工单元的土方，并重复开挖第一个施工单元时的操作，直至开挖完所有的施工单元以形成隧道。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种隧道的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：

对待施工隧道的区域内的土体进行地质勘察，以采集所述土体的地质数据，并根据所述地质数据制定施工方案；

将待施工隧道划分为若干施工单元；

开挖第N个施工单元的土方，并施工形成支护层，采集第N个施工单元的支护层的强度数据，此时N＝1；

通过三维全息扫描仪，扫描第N个施工单元并生成三维模型，将所述三维模型和隧道的标准模型比对，以获得第N个施工单元的变形数据；

当所述强度数据高于设定强度值且所述变形数据低于设定变形值时，开挖第N+1个施工单元的土方，并施工形成支护层，采集第N+1个施工单元的支护层的强度数据；令N＝N+1并重复前四个步骤，直至开挖完所有的施工单元以形成隧道。

2.根据权利要求1所述的隧道的施工方法，其特征在于，还包括步骤：采集所述土体的地质数据。

3.根据权利要求2所述的隧道的施工方法，其特征在于，所述地质数据包括水文数据、地形数据、地貌数据、温度、湿度、抗震数据以及围岩强度数据。

4.根据权利要求3所述的隧道的施工方法，其特征在于，将所述围岩强度数据与待施工隧道的区域的设计围岩强度数据以对，当所述围岩强度数据低于所述设计围岩强度数据时，于待施工隧道的区域内施工形成外支护。

5.根据权利要求3所述的隧道的施工方法，其特征在于，采集所述抗震数据时，还包括步骤：提供若干接收器，将所述接收器间隔埋设于待施工隧道的区域内，并于所述待施工隧道的区域内间隔设置若干起爆点，引爆所述起爆点以使得所述接收器采集所述抗震数据。

6.根据权利要求3所述的隧道的施工方法，其特征在于，通过地质雷达仪采集所述水文数据、地形数据以及地貌数据。

7.根据权利要求1所述的隧道的施工方法，其特征在于，施工形成第N个所述施工单元的支护层后，还包括：采集所述支护层受到的压力值数据，当所述压力值数据达到设定压力值且在一定时间内处于设定范围内时，于所述支护层的内壁施工形成仰拱和二衬。

8.根据权利要求1所述的隧道的施工方法，其特征在于，还包括：于所述支护层的内壁间隔设置若干的采样点；

提供若干检测器，将所述检测器对应设置于所述采样点，以采集所述支护层的强度数据。

9.根据权利要求1所述的隧道的施工方法，其特征在于，还包括利用所述三维全息扫描仪扫描所述第N个施工单元以得到隧道内壁的若干点云数据，根据所述点云数据以生成所述三维模型。

10.根据权利要求9所述的隧道的施工方法，其特征在于，还包括：生成所述三维模型前，将所述点云数据进行配准、切片提取以及拟合；生成所述三维模型后，将所述三维模型和隧道的标准模型比对并将所述点云数据进行变形数据提取。