本發(fā)明屬于隧道工程領(lǐng)域，涉及一種淺埋暗挖隧道地層穩(wěn)定性的多參數(shù)判別方法。

背景技術(shù)：

地鐵等城市隧道以及公鐵隧道的淺埋暗挖段往往是事故多發(fā)地段。隧道施工引起的地表沉降，受隧道地質(zhì)條件、隧道跨度及埋深、開挖方法、支護時機與剛度，以及施工管理技術(shù)水平等多方因素的影響。地表沉降機制復(fù)雜，很難定量預(yù)測隧道施工引起的地表沉降及發(fā)展過程，導(dǎo)致隧道淺埋暗挖段的地層穩(wěn)定性難以準(zhǔn)確判斷，傳統(tǒng)的監(jiān)測預(yù)警往往單一的的地表沉降指標(biāo)進行判定，預(yù)測預(yù)警的準(zhǔn)確率較低。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種淺埋暗挖隧道地層穩(wěn)定性的多參數(shù)判別方法。建立地表沉降變形控制指標(biāo)和圍巖變形控制指標(biāo)，建立合理的埋暗挖隧道地層穩(wěn)定性評價分級標(biāo)準(zhǔn)，取所有評價分級中的最不穩(wěn)定的分級作為地層穩(wěn)定性的最終分級。進而采取相應(yīng)的工程管理措施確保隧道施工安全，預(yù)測預(yù)警的準(zhǔn)確率較高。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種淺埋暗挖隧道地層穩(wěn)定性的多參數(shù)判別方法，包括以下步驟：

s1：根據(jù)地表沉降變形規(guī)律和圍巖變形規(guī)律擬定地層穩(wěn)定性評價指標(biāo)，建立地表沉降變形控制指標(biāo)和圍巖變形控制指標(biāo)；每個指標(biāo)包括3個基本參數(shù)，所述地表沉降變形控制指標(biāo)基本參數(shù)為橫向影響寬度w、最大地表沉降量ssmax和單位長度地層損失量v；所述圍巖變形控制指標(biāo)基本參數(shù)為超前變形影響度長度l1、急劇變形段長度l2以及最大圍巖沉降量rsmax；

s2：針對淺埋暗挖隧道地層穩(wěn)定性特點確定合理的評價指標(biāo)，建立合理的埋暗挖隧道地層穩(wěn)定性評價分級標(biāo)準(zhǔn)；

s3：根據(jù)圍巖沉降規(guī)律數(shù)測數(shù)據(jù)分析和地層沉降變形規(guī)律實測數(shù)據(jù)分析，獲得監(jiān)測指標(biāo)實測值；

s4：將監(jiān)測指標(biāo)實測值與地層穩(wěn)定性評價分級標(biāo)準(zhǔn)對應(yīng)，取所有評價分級中的最不穩(wěn)定的分級作為地層穩(wěn)定性的最終分級。

進一步，所述埋暗挖隧道地層穩(wěn)定性評價分級標(biāo)準(zhǔn)具體為：

確定所述橫向影響寬度w的安全基準(zhǔn)值[w]，當(dāng)w<1/3[w]時，地層穩(wěn)定性評價分級為正常；當(dāng)1/3[w]≤w≤2/3[w]時，地層穩(wěn)定性評價分級為異常；當(dāng)2/3[w]<w≤[w]時，地層穩(wěn)定性評價分級為險情；當(dāng)w>[w]時，地層穩(wěn)定性評價分級為不穩(wěn)定；

確定所述最大地表沉降量ssmax的安全基準(zhǔn)值[ssmax]，當(dāng)ssmax<1/3[ssmax]時，地層穩(wěn)定性評價分級為正常；當(dāng)1/3[ssmax]≤ssmax≤2/3[ssmax]時，地層穩(wěn)定性評價分級為異常；當(dāng)2/3[ssmax]<ssmax≤[ssmax]時，地層穩(wěn)定性評價分級為險情；當(dāng)ssmax>[ssmax]時，地層穩(wěn)定性評價分級為不穩(wěn)定；

確定所述單位長度地層損失量v的安全基準(zhǔn)值[v]，當(dāng)v<1/3[v]時，地層穩(wěn)定性評價分級為正常；當(dāng)1/3[v]≤v≤2/3[v]時，地層穩(wěn)定性評價分級為異常；當(dāng)2/3[v]<v≤[v]時，地層穩(wěn)定性評價分級為險情；當(dāng)v>[v]時，地層穩(wěn)定性評價分級為不穩(wěn)定；

確定所述超前變形影響度長度l1的安全基準(zhǔn)值[l1]，當(dāng)l1<1/3[l1]時，地層穩(wěn)定性評價分級為正常；當(dāng)1/3[l1]≤l1≤2/3[l1]時，地層穩(wěn)定性評價分級為異常；當(dāng)2/3[l1]<l1≤[l1]時，地層穩(wěn)定性評價分級為險情；當(dāng)l1>[l1]時，地層穩(wěn)定性評價分級為不穩(wěn)定；

確定所述急劇變形段長度l2的安全基準(zhǔn)值[l2]，當(dāng)l2<1/3[l2]時，地層穩(wěn)定性評價分級為正常；當(dāng)1/3[l2]≤l2≤2/3[l2]時，地層穩(wěn)定性評價分級為異常；當(dāng)2/3[l2]<l2≤[l2]時，地層穩(wěn)定性評價分級為險情；當(dāng)l2>[l2]時，地層穩(wěn)定性評價分級為不穩(wěn)定；

確定所述最大圍巖沉降量rsmax的安全基準(zhǔn)值[rsmax]，當(dāng)rsmax<1/3[rsmax]時，地層穩(wěn)定性評價分級為正常；當(dāng)1/3[rsmax]≤rsmax≤2/3[rsmax]時，地層穩(wěn)定性評價分級為異常；當(dāng)2/3[rsmax]<rsmax≤[rsmax]時，地層穩(wěn)定性評價分級為險情；當(dāng)rsmax>[rsmax]時，地層穩(wěn)定性評價分級為不穩(wěn)定。

進一步，所述安全基準(zhǔn)值確定方法具體為：所述安全基準(zhǔn)值確定方法具體為：根據(jù)工程地質(zhì)情況、水文情況、施工情況，根據(jù)地層沉降變形規(guī)律極限分析和圍巖沉降規(guī)律極限分析進行巖土工程數(shù)值極限分析，得到各監(jiān)測參數(shù)的安全基準(zhǔn)值。

進一步，所述地層穩(wěn)定性評價分級穩(wěn)定程度由大到小依次為：正常、異常、險情、不穩(wěn)定。

本發(fā)明的有益效果在于：根據(jù)具體隧道工程情況、地質(zhì)情況、水文情況、施工情況綜合確定參數(shù)安全基準(zhǔn)值，綜合考慮各個基本參數(shù)與安全基準(zhǔn)值的關(guān)系進行地層穩(wěn)定性判定分級，取所有評價分級中的最不穩(wěn)定分級為地層穩(wěn)定性的最終分級，進而采取相應(yīng)的工程管理措施確保隧道施工安全，預(yù)測預(yù)警的準(zhǔn)確率較高。

附圖說明

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果更加清楚，本發(fā)明提供如下附圖進行說明：

圖1為地表沉降橫向分布規(guī)律曲線；

圖2為隧道圍巖變形縱向分布規(guī)律；

圖3為地表沉降控制指標(biāo)；

圖4為圍巖變形控制指標(biāo)；

圖5為安全基準(zhǔn)值確定方法圖；

圖6為地表沉降規(guī)律計算結(jié)果；

圖7為圍巖沉降變形規(guī)律計算結(jié)果；

圖8為地表沉降規(guī)律實測數(shù)據(jù)分析圖；

圖9為圍巖沉降變形規(guī)律實測數(shù)據(jù)分析圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行詳細(xì)的描述。

大量的研究表明淺埋暗挖隧道地表沉降空間上呈現(xiàn)一定的規(guī)律性，隧道開挖引起地表在垂直于隧道軸線的橫斷面上的沉降槽形狀接近于概率論中的正態(tài)分布曲線，如圖1所示。淺埋暗挖隧道施工引起的洞內(nèi)拱頂沉降縱向分布規(guī)律，根據(jù)距離開挖面位置的不同，分為微小變形區(qū)、急劇增大區(qū)、緩慢變形區(qū)和穩(wěn)定變形區(qū)等4個區(qū)域，如圖2所示。

為了客觀地評價隧道圍巖的安全性，根據(jù)地表沉降變形規(guī)律和圍巖變形規(guī)律擬定地層穩(wěn)定性評價指標(biāo)，建立包括地表沉降變形控制指標(biāo)和圍巖變形控制指標(biāo)，其中地表沉降變形控制指標(biāo)和圍巖變形控制指標(biāo)分別包括包括3個基本參數(shù)，具體參數(shù)是指：(1)地表沉降變形控制指標(biāo)包括橫向影響寬度w、最大地表沉降量ssmax和單位長度地層損失量v(如圖3)；(2)圍巖變形控制指標(biāo)包括超前變形影響度長度l1、急劇變形段長度l2以及最大圍巖沉降量rsmax(如圖4)。

針對淺埋暗挖隧道地層穩(wěn)定性特點確定合理的評價指標(biāo)，建立合理的評價分級標(biāo)準(zhǔn)，如前所述，復(fù)雜地層的穩(wěn)定性性評價指標(biāo)包括2個方面控制指標(biāo)，每個指標(biāo)含有三個基本參數(shù)，基于此建立埋暗挖隧道地層穩(wěn)定性6指標(biāo)評價分級標(biāo)準(zhǔn)，如下表所示：

如圖5所示，每一個控制指標(biāo)的安全基準(zhǔn)值可根據(jù)具體隧道工程情況、地質(zhì)情況、水文情況、施工情況綜合確定，施工過程中以上6項指標(biāo)的實際情況，對地層穩(wěn)定性進行判定分級，取6個指標(biāo)中的最不穩(wěn)定分級為地層穩(wěn)定性的最終分級，進而采取相應(yīng)的工程管理措施確保隧道施工安全。

1、依托工程概況

以某隧道洞口淺埋段為例介紹本發(fā)明對于淺埋挖隧道的地層穩(wěn)定判斷的具體實施步驟。該隧道基本情況如下：

1)隧道長度：隧道左右洞起訖里程樁號分別為：zk37+140～zk43+164、yk37+190～yk43+133，長度分別為6024m、5943m，為特長隧道；隧道通風(fēng)方案為全射流縱向通風(fēng)+專用豎井排煙。

2)隧道類型：分離雙洞，測設(shè)線間距約21.5～44.7m。

3)隧道平面：隧道進、出口均位于r-1500m的平曲線上，通過a-500m的緩和曲線與洞身直線段相連，隨后設(shè)置r-2600m的右偏平曲線與出口直線相接。

4)隧道縱斷面：隧道采用單向字坡，左線縱坡依次為2.1％/4345、1.5％/1605；右線縱坡依次為2.1％/4340、1.499％/1615。

5)公路等級：一級公路

6)行車道數(shù)：雙向四車道

6)隧道設(shè)計速度：80km/h

7)隧道主洞建筑限界：凈寬0.75+0.5+2×3.75+0.75+0.75＝10.25m，凈高5.0m。

2、各監(jiān)測參數(shù)的安全基準(zhǔn)值測確定

根據(jù)設(shè)計文件、實際工程地質(zhì)情況、實際水文地質(zhì)情況以及實際的圍巖力學(xué)參數(shù)進行數(shù)值建模，采用數(shù)值極限分析的方法獲得各個監(jiān)測指標(biāo)的極限值，并作為本次地層穩(wěn)定性判別的安全基準(zhǔn)值。

1)地表沉降規(guī)律槽計算結(jié)果如圖6所示。

2)圍巖變形規(guī)律計算結(jié)果如圖7所示。

由圖6和圖7獲得該隧道各監(jiān)測參數(shù)的安全基準(zhǔn)值，見下表：

表1各監(jiān)測參數(shù)的安全基準(zhǔn)值

3、建立各監(jiān)測參數(shù)的分級預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)該隧道各監(jiān)測參數(shù)的安全基準(zhǔn)值，建立各參數(shù)地層穩(wěn)定性分級標(biāo)準(zhǔn)，見下表：

表2各監(jiān)測參數(shù)地層穩(wěn)定性分級標(biāo)準(zhǔn)

4、基于實測數(shù)據(jù)分析地層穩(wěn)定性等級的確定

將現(xiàn)場監(jiān)測的數(shù)據(jù)進行整理分析，獲得地表沉降變形規(guī)律曲線和圍巖沉降變形規(guī)律曲線，見圖8和圖9；

由圖8和圖9獲得該隧道各監(jiān)測參數(shù)的實測，見下表：

表3各監(jiān)測參數(shù)實測值

由表2和表3獲得該隧道各監(jiān)測穩(wěn)定性等級，見下表：

表4各監(jiān)測參數(shù)地層穩(wěn)定性等級

綜合對比分析各監(jiān)測參數(shù)的穩(wěn)定定性等級，取所有評價分級中的最不穩(wěn)定的分級作為地層穩(wěn)定性的最終分級，因此該隧道目前的地層穩(wěn)定性狀態(tài)為異常，建議暫緩隧道掌子面施工，加強觀測，并加強支護措施。

最后說明的是，以上優(yōu)選實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管通過上述優(yōu)選實施例已經(jīng)對本發(fā)明進行了詳細(xì)的描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以在形式上和細(xì)節(jié)上對其作出各種各樣的改變，而不偏離本發(fā)明權(quán)利要求書所限定的范圍。