[发明专利]深埋隧洞围岩开挖响应系统性监测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种深埋隧洞围岩开挖响应系统性监测方法，主要适用于深埋隧洞工程中。

背景技术

深埋地下工程建设过程中一般都会遭遇到多种围岩破坏形式，这些破坏形式的共同特点是与高应力环境密切相关，是岩体强度和地应力条件相互作用的结果，一些高应力破坏还会显著地受到结构面的影响。典型的高应力破坏形式包括：片帮、应力节理、破裂、岩爆等，一些高应力破坏形式具有明显的时间特征，即开挖完成后，围岩破坏过程可能持续数年乃至数十年的时间。地下工程施工过程中对围岩高应力破坏过程进行全面系统地监测具有显著的工程价值和学术价值，前者体现为支护动态设计等环节，后者可以将工程实践上升为岩石力学理论的研究成果。

原位试验研究是目前岩石力学领域比较主流的研究方法，欧美的一些核废料地下封存方面所涉及到的岩石力学研究普遍采用建设原位试验场，实施原位试验的研究方法。我国一些深埋地下隧洞由于埋深巨大，隧洞开挖后高应力破坏问题比较普遍，当这些隧洞建设于大理岩地层时，由于大理岩特殊的岩性特征，系统支护后隧洞的松弛破坏仍会随着时间不断增长。特别是当这些隧洞是水工隧洞时，可以预计隧洞运行期间，地下水的活动必然会改变隧洞损伤区内的裂纹面和裂纹端部所处的环境特征，进而改变围岩松弛破坏随时间的变化特征。

为了评价深埋水工隧洞运行期的围岩破坏随时间的增长特征以及地下水对围岩破裂时将效应的影响，需要通过系统的原位试验对该问题进行研究。原位试验的思路是在深埋段开挖一段试验洞，最大程度地反映水工隧洞真实工作环境，通过系统可行的测试手段了解试验洞围岩破裂松弛发展状态及其对衬砌安全性的影响。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对上述存在的问题提供一种深埋隧洞围岩开挖响应系统性监测方法，通过长期监测实现对高地应力、高内水压力环境下围岩松弛破坏随时间变化特征的全面监测，为全面评价深埋隧洞运行期间的围岩稳定特征和支护结构安全提供准确的原位测试数据。

本发明所采用的技术方案是：深埋隧洞围岩开挖响应系统性监测方法，其特征在于步骤如下：

a、选定试验场地并确定主测试洞的开挖位置，然后开挖与主测试洞平行的辅助测试洞；

b、从辅助测试洞向主测试洞钻孔，并埋设监测仪器，形成应力监测断面、声发射监测断面、光纤光栅监测断面、多点位移计监测断面；其中声发射监测断面至少包含三个相互平行的监测断面，且三个断面的监测部位一致；光纤光栅监测断面和多点位移计监测断面的监测部位一致；

c、以1m一个爆破循环向前掘进，进行主测试洞的开挖，并连续记录开挖过程中各监测仪器的测试数据；

d、主测试洞开挖过程中或待主测试洞开挖完成后，从其内壁向周围岩体钻孔形成波速监测断面和锚杆应力监测断面，其中锚杆应力监测断面中各孔内均埋设有监测仪器；

e、将主测试洞两端用混凝土堵头进行封闭，然后向封闭区域注水并施加压力，模拟水工隧洞运行期间的内水压力，并监测内水压力对围岩松弛破坏的影响；

f、通过长期监测获得高应力条件下地下水对围岩破裂行为增长特征的影响实测数据；

上述六个监测断面覆盖主测试洞的应力集中区和应力松弛区。

所述辅助测试洞包括位于主测试洞一侧腰部的辅助洞Ⅰ、位于主测试洞另一侧拱脚部位的辅助洞Ⅱ，以及位于主测试洞正上方的顶拱辅助洞。

布置应力监测断面时，从辅助洞Ⅰ向主测试洞的拱肩部位钻设上倾角度分别为6度和10度的孔，从辅助洞Ⅱ向主测试洞的拱脚部位钻设上倾角度分别为2度、6度和10度的孔，同时从顶拱辅助洞向主测试洞靠近辅助洞Ⅰ一侧的拱肩部位钻设外倾角度为10度的孔，并在各钻孔的孔底埋设监测仪器。

布置声发射监测断面时，从辅助洞Ⅰ向主测试洞钻设三个钻孔，其中两个上倾，角度分别为6度和10度，一个下倾，角度为10度；从辅助洞Ⅱ向主测试洞钻设四个钻孔，其中三个上倾，角度分别为2度、6度和10度，一个下倾，角度为6度；同时从顶拱辅助洞向主测试洞钻设三个钻孔，其中一个为铅直孔，另外两个以该铅直孔为轴对称布置，均外倾10度；各钻孔底部埋设均埋设监测仪器。

布置波速监测断面时，从主测试洞向周围岩体钻设八个钻孔；其中两个水平，分别位于主测试洞的两侧腰部；两个铅直，分别位于主测试洞的拱顶和底部；两个位于主测试洞的两侧拱肩部位，且对称布置，均上倾45度；两个位于主测试洞的两侧拱脚部位，且对称布置，均下倾25度。