[发明专利]深埋硬岩隧道贯通前相向改单向掘进时机与方式确定方法

说明书

技术领域

本发明涉及隧道贯通前的施工方法，具体涉及深埋硬岩隧道贯通前相向改单向掘进时机与方式确定方法。适用于相向掘进的水利水电、交通等深埋隧道。

背景技术

为了加快施工进度，隧道开挖常采用相向掘进的方式，即从隧道两个相向的方向同时开挖直至贯通。在隧道贯通前，两掌子面同时开挖时会造成两掌子面之间的岩柱应力场和能量叠加，导致岩柱发生剧烈破坏。在深埋硬岩隧道贯通过程中，两掌子面相向掘进则很可能引起岩柱内应变能急剧增加并超过岩柱的承受能力而发生剧烈的冲击破坏，即发生岩柱型岩爆，给施工人员和机械设备带来危害。因此，在隧道贯通前一般将相向掘进方式改为单向掘进，即停止其中的一个掌子面的开挖，从另一个掌子面继续开挖直至贯通。单向掘进能减弱开挖对岩柱的影响，避免岩柱内应变能的叠加，减弱岩柱型岩爆风险。

将相向掘进方式改为单向掘进的时机直接影响施工进度和岩柱型岩爆风险，例如，较早的将相向掘进改为单向掘进，可以较好的避免岩柱内应力场和能量的叠加，降低岩柱型岩爆风险，但会因此耽误施工进度。而合理的时机既能降低岩柱型岩爆风险，又能最大程度的保障施工进度。确定相向掘进改单向掘进时机后，选择哪个一掌子面单向掘进的方式同样十分重要。不同掌子面掘进所存在的风险程度将不同，选择合理的掘进方式可以进一步降低深埋高应力硬岩隧道贯通期间岩柱型岩爆的风险，保证施工安全。国内外针对相向掘进隧道贯通前改单向掘进的时机与方式确定方法研究较少，仅有的相关研究偏重于经验与数值模拟，无技术操作方案。（中国专利公开号：CN101967977A，张春生，“两头掘进深埋隧洞贯通过程中控制岩柱型岩爆的施工方法”；《岩石力学与工程学报》，2012年第10期，冯夏庭，“岩爆孕育过程的动态调控”。）

发明内容

本发明的目的就在于针对现有技术中存在的上述问题，提供深埋硬岩隧道贯通前相向改单向掘进时机与方式确定方法，降低相向掘进隧道贯通期间岩柱型岩爆的风险，保证施工人员及设备的安全，同时最大程度的加快施工进度。

本发明的目的是这样实现的：

深埋硬岩隧道贯通前相向改单向掘进时机与方式确定方法，包括以下步骤：

步骤1、当两个相向掘进掌子面之间的距离为隧道预设倍洞径时，在每个掌子面后方布置至少4个微震传感器，监测两个掌子面相向掘进过程中附近岩体微破裂产生的微震动信号；

步骤2、对监测到的岩体微破裂产生的微震动信号进行分析，提取每个微震传感器监测到的微震动信号的到时，测量每个微震传感器安装位置坐标；

步骤3、根据步骤2中微震动信号的到时和每个传感器安装位置坐标，通过时差定位反演获取岩石微破裂的位置，计算微破裂释放的微震能量及视体积；

步骤4、将两个掌子面之间的所有岩石微破裂位置垂直投影到隧道中心轴线上，计算所有相邻投影点之间的距离，相向掘进直至所有距离均不大于预定间距，则改相向掘进为单向掘进。

如上所述的微震动信号的到时包括微震P波和S波的到时。

如上所述的步骤3中通过时差定位反演获取岩石微破裂的位置包括以下步骤：

以每个微震传感器监测到的微震动信号到时和计算到时的累积残差绝对值和最小为目标函数反演岩体微破裂的位置，计算公式如下：