[发明专利]断层处隧道结构全寿命监测预警方法

说明书

本发明涉及一种断层处隧道结构全寿命监测预警方法，属于隧道监测领域。系统包括传感器、监控中心平台、数据存储和报警器；所述传感器与监控中心平台连接；所述监控中心平台分别与数据存储和报警器连接；采用数值极限分析的方法获得监测指标的极限值；再分析以断层处隧道断面数值模拟结果；通过比较所得结果的数值大小得出变截面断面处监测点位置及监测点的布置；根据断层处隧道结构受力分布规律拟定隧道结构稳定性评价标准，建立断层处隧道结构监测控制指标，指标包括：地层变形监测指标和断层处隧道结构变形和应力监测指标。

技术领域

本发明属于隧道监测领域，涉及断层处隧道结构全寿命监测预警方法。

背景技术

断层是指地壳受力发生断裂，沿破裂面两侧岩块发生显著相对位移的构造。山岭地区修建隧道可能会穿越断层结构，断层由于构造运动而发育的构造形态，大小不一，规模不等，但都破坏了岩层的连续性和完整性，断层带上往往岩石破碎，易被风化侵蚀。隧道穿越断层处，围岩破碎，稳定性差，断层处的围岩摩擦力减小，围岩变形和受力大，易发生坍塌、掉块等事故，而且活动断层所引起的错动破坏会造成隧道结构毁灭性破坏；断层处围岩松散，孔隙率大，地下水发育地区隧道开挖可能大面积涌水，从而加剧了围岩变形。隧道运维阶段，断层处衬砌背后水压力过大，会造成衬砌结构变形，开裂，腐蚀结构内钢筋。隧道结构施工阶段和运营阶段往往是通过人工监测，很难及时发现和预测断层处隧道施工引起的地表沉降及结构变形过程，导致对于即将发生的结构损害不能及时的加固处理，传统的监测预警往往单一的，不能系统的对隧道结构全寿命周期进行监测和预警。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种断层处隧道结构全寿命监测预警方法。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

断层处隧道结构全寿命监测预警方法，该方法包括以下步骤：

根据设计文件、实际工程地质情况、实际水文地质情况以及实际的围岩力学参数进行数值建模；

采用数值极限分析的方法获得监测指标的极限值；再分析断层处隧道断面数值模拟结果；

数值极限分析法是通过对隧道围岩岩体的强度进行不断折减，直到计算结果不收敛，提取前一次计算结果作为极限值，其中强度取决于粘聚力和内摩擦角，强度折减系数ω定义为：

c′，--折减到破坏时的粘聚力与内摩擦系数；

c，-岩土的实际粘聚力与内摩擦系数；

通过比较所得结果的数值大小得出断层处隧道监测断面位置及监测点的布置；

根据断层处隧道结构受力分布规律拟定隧道围岩与结构稳定性评价标准，建立断层处隧道结构监测控制指标，指标包括：地层变形监测指标，断层处隧道结构变形和应力监测指标，以及其它指标；

说明：取所有指标中的最不稳定分级作为的最终分级。

进一步，断层处隧道施工引起的弯矩、轴力、位移和应力分布规律，根据受力情况不同，分为受拉区、受压区、正弯矩区和负弯矩区区域；

根据位移变形情况不同，分为下沉和隆起。

本发明的有益效果在于：

1)监测手段的多样性、先进性及严密性

(1)采用高精度激光测距仪并采用合理逻辑算法获得准确初期支护结构表面位移(拱顶沉降和周边收敛)

(2)采用高精度振弦式土压力盒对隧道围岩与初支接触面、初支与二衬接触面的压力变化进行监测；

(3)采用振弦埋入式混凝土应变计对初支喷砼应力、二次衬砌应力进行监测；