CN207779717U - 地下洞室群岩柱稳定性测试装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种地下洞室群岩柱稳定性测试装置，包括辅助洞，所述辅助洞的洞线基本与地下洞室群轴线方向垂直；所述测试装置还包括在辅助洞一侧边墙开挖的两条扩挖洞，扩挖洞边墙与辅助洞掌子面端墙之间的间距超过一倍辅助洞洞径，扩挖洞之间的初始间距为5~6倍扩挖洞直径；在两条扩挖洞中间处，从辅助洞布置有一条监测孔，监测孔壁布置应力计。本实用新型通过人为改变岩柱厚度，激发岩柱内在应力变化，实现对洞室群间距的合理评估。该方法克服了以往经验方法的局限性，能够充分反映实际地质条件和地应力条件，并且比数值模拟方法更加准确可靠，在现场也便于实施，对洞室群的合理布置、洞径设计、节省工程投资等均具有重要价值。
Description
技术领域
本实用新型涉及地下洞室群岩柱稳定性测试装置，主要针对多洞室、多隧洞的深部地下工程，例如水电工程的地下厂房洞室群，越岭隧道群、水工隧洞群等。
背景技术
在水电、地铁、公路或铁路地下洞室或隧洞的施工过程中，经常会采用平行布置的方案，其中两个洞室之间岩体称为岩柱，岩柱的厚度问题直接关系到洞室的布置。如果两个洞室之间的岩柱厚度过大，不但会提高工程造价，也会影响工程的使用功能；如果岩柱的厚度过小，则会导致两个洞室之间的施工、运行产生相互作用，这种相互作用将会影响岩柱的稳定性，尤其是当岩柱厚度较小时，两个洞室的施工将会产生多次扰动，使得岩柱稳定性难以保证，甚至导致洞室坍塌破坏，因此保证岩柱的稳定性是洞室群、隧洞群设计与施工的关键。
在一般性深埋条件下的地下工程实践表明，地下开挖间距在1倍开挖跨度以上时可以基本保持洞间围岩的稳定，这一经验在矿山巷道布置时应用得很普遍。但在岩体条件偏差或埋深加大的情况下，需要慎用这一经验。Martin等人曾经总结了深埋矿山巷道间岩柱的爆裂破坏、一般性失稳和处于稳定状态下的178个实例，其中在岩柱厚度为1.5倍洞径时出现了大量的破坏实例，当该比值达到近2.5 时，也仍然存在破坏实例。
水工隧洞的运行特点和安全要求对洞间间距离的要求和一般地下工程又有一定区别，不仅要求隧洞间岩柱不出现破坏和失稳，而且需要保持足够的安全性，两相邻隧洞间在施工开挖和运行条件下不产生任何形式的干扰就成为确定隧洞间距的最低要求，岩柱的厚度至少应该在3倍洞径以上、一般应该考虑4倍左右。上述成果基本都是停留在工程经验，具体的工程需要具体分析，但目前缺少现场实际可用的测试方法，主要借助于工程经验或者数值模拟，对岩柱中真实的力学状态没有清晰的认识，洞室群之间经常出现相互扰动的现象。
实用新型内容
作为设计使用寿命50～100年的永久性工程，地下洞室群或隧洞群之间的岩柱必须具有足够的安全性，并且，从工程经济的角度出发，也希望不要因为洞间岩柱厚度的不合理而增加额外的工程投资。因此，需要保证洞间的安全间距，使得其中的任一洞室开挖不对另一条洞室产生明显影响，并且不需要增加施工难度和采用额外的处理手段来保证岩柱的安全性。
本实用新型的目的是提供一种地下洞室群岩柱稳定性测试装置，能通过人为改变岩柱厚度，进而改变岩柱内应力的聚集状态，形成不同厚度岩柱与洞径之间的对照关系，为岩柱厚度确定和洞径尺寸设计提供依据。为此，本实用新型采用以下技术方案：
地下洞室群岩柱稳定性测试装置，其特征在于：
所述测试装置包括辅助洞，所述辅助洞的洞线基本与地下洞室群轴线方向垂直；
所述测试装置还包括在辅助洞一侧边墙开挖的两条扩挖洞，扩挖洞边墙与辅助洞掌子面端墙之间的间距超过一倍辅助洞洞径，扩挖洞之间的初始间距为5～6 倍扩挖洞直径；
在两条扩挖洞中间处，从辅助洞布置有一条监测孔，监测孔壁布置应力计。
进一步地，辅助洞洞径尺寸为5～6m，洞形采用圆型，采用机械式开挖。
进一步地，扩挖洞初始开挖洞径为1m，长度超过5倍辅助洞洞径，约为 25m-30m，扩挖洞之间的初始间距为5～6m。
进一步地，在两条扩挖洞之间处，从辅助洞布置有第二条监测孔，第二条监测孔布置光纤光栅；两条监测孔处在两条扩挖洞中间处。
进一步地，应力计间距为2m。
进一步地，光纤光栅测点间距为1m。
进一步地，监测孔长度超过1～2倍扩挖洞洞径长度。
本实用新型提供了一种高应力条件下岩柱稳定性测试方法，通过人为改变岩柱厚度，激发岩柱内在应力变化，实现对洞室群间距的合理评估。该方法克服了以往经验方法的局限性，能够充分反映实际地质条件和地应力条件，并且比数值模拟方法更加准确可靠，在现场也便于实施，对洞室群的合理布置、洞径设计、节省工程投资等均具有重要价值。
附图说明
图1位本实用新型监测装置的平面布置示意图。
图2位本实用新型监测装置的剖面布置示意图。
具体实施方式
参照附图，地下洞室群岩柱稳定性测试装置，包括辅助洞1，所述辅助洞的洞线基本与地下洞室群轴线方向垂直；
所述测试装置还包括在辅助洞一侧边墙开挖的两条扩挖洞，扩挖洞边墙与辅助洞掌子面端墙之间的间距超过一倍辅助洞洞径，扩挖洞之间的初始间距为5～6 倍扩挖洞直径；
在两条扩挖洞中间处，从辅助洞布置有监测孔41，监测孔壁布置应力计3，如果条件允许，可以布置第二条监测孔42，第二条检测孔42布置光纤光栅。
辅助洞选择开挖在具有代表性地质条件洞段，即在与开挖地下洞室群地质条件类似区域开挖辅助洞，在辅助洞内进行初始地应力测量，确定初始地应力大小及方向，以便后期进行数据分析；辅助洞洞线应与地下洞室群轴线方向基本垂直，以便后续布置的扩挖洞轴线能够与地下洞室群方向平行，保证扩挖洞处于的地应力场与实际工程的地应力场相同。
辅助洞洞径尺寸一般为5～6m，洞形优选采用圆型，采用机械式开挖，避免对周边的岩体造成爆破扰动。
扩挖洞初始间距也即初始岩柱厚度L1为5倍扩挖洞直径，扩挖洞长度超过 5倍辅助洞洞径，采用机械式开挖，避免对周边的岩体造成爆破扰动。附图标号 2为扩挖洞初始时，也即扩挖前的轮廓线。
扩挖洞边墙与辅助洞掌子面端墙之间的间距需要超过一倍辅助洞洞径，以避免掌子面效应的影响。
应力计间距为2m，光纤光栅测点间距为1m，监测孔长度超过扩挖洞1～2 倍扩挖洞洞径长度。
在监测装置全部布置完成后，校核应力计的监测仪器、光纤光栅的监测仪器，记录初始读数。进行测试的步骤包括：
对扩挖洞进行扩挖，为了避免对岩柱造成破坏，需要采用机械扩挖，并且为了精确判断岩柱厚度，建议控制扩挖速率，以0.5倍为宜，即在第一次扩挖后，每条扩挖洞每扩挖0.5倍洞径，检查监测仪器读数，该速率可以依要求而改变。
所述扩挖是扩挖洞的初始中心为中心进行扩大洞径的扩挖，两条扩挖洞都进行扩挖，这样，观测、判断会更简单和准确，也可只进行一条扩挖洞的扩挖、扩挖洞单侧进行扩挖等。
第一次扩挖至1.5倍洞径，扩挖洞间距缩小至4倍洞径，检查监测仪器读数，如果读数没有发生明显变化，应力计读数维持初始地应力数值，光纤光栅读数没有出现跳动，说明扩挖洞之间的岩柱仍处于安全状态，可以继续进行扩挖。
附图标号20为扩挖后的扩挖洞轮廓线，附图标号L2为扩挖洞扩挖后的两条扩挖洞的间距，也即扩挖后的岩柱厚度。
再次扩挖0.5倍洞径，检查监测仪器读数，如果读数没有发生明显变化，说明扩挖洞之间的岩柱仍处于安全状态，可以继续进行扩挖，依次循环进行。
当监测仪器读数发生明显变化时，说明岩柱中的初始应力状态已经发生变化，两条扩挖洞之间已经存在相互干扰，此时的间距即为洞室安全间距。
以上所述仅为本实用新型的具体实施例，但本实用新型的结构特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在本实用新型的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本实用新型的保护范围之中。
Claims (7)
1.地下洞室群岩柱稳定性测试装置，其特征在于：
所述测试装置包括辅助洞，所述辅助洞的洞线与地下洞室群轴线方向垂直；
所述测试装置还包括在辅助洞一侧边墙开挖的两条扩挖洞，扩挖洞边墙与辅助洞掌子面端墙之间的间距超过一倍辅助洞洞径，扩挖洞之间的初始间距为5～6倍扩挖洞直径；
在两条扩挖洞中间处，从辅助洞布置有一条监测孔，监测孔壁布置应力计。
2.如权利要求1所述的地下洞室群岩柱稳定性测试装置，其特征在于辅助洞洞径尺寸为5～6m，洞形采用圆型，采用机械式开挖。
3.如权利要求1所述的地下洞室群岩柱稳定性测试装置，其特征在于扩挖洞初始开挖洞径为1m，长度超过5倍辅助洞洞径，为25m-30m，扩挖洞之间的初始间距为5～6m。
4.如权利要求1所述的地下洞室群岩柱稳定性测试装置，其特征在于在两条扩挖洞之间处，从辅助洞布置第二条监测孔，第二条监测孔布置光纤光栅；两条监测孔处在两条扩挖洞中间处。
5.如权利要求1所述的地下洞室群岩柱稳定性测试装置，其特征在于，应力计间距为2m。
6.如权利要求1所述的地下洞室群岩柱稳定性测试装置，其特征在于，光纤光栅测点间距为1m。
7.如权利要求1所述的地下洞室群岩柱稳定性测试装置，其特征在于，监测孔长度超过1～2倍扩挖洞洞径长度。
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| CN201721577340.6U CN207779717U (zh) | 2017-11-23 | 2017-11-23 | 地下洞室群岩柱稳定性测试装置 |
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2017
- 2017-11-23 CN CN201721577340.6U patent/CN207779717U/zh active Active
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