[发明专利]一种长距离隧洞膨胀性围岩变形超前预测预报方法

说明书

本发明公开了一种长距离隧洞膨胀性围岩变形超前预测预报方法，具体为基于超前导洞和智能反馈技术的膨胀性岩体判别及膨胀性围岩变形的超前预测预报方法。在施工期，对隧洞掌子面前方的地层，开展岩体膨胀性及膨胀程度的判别，然后采用复合膨胀黏弹塑性模型，根据实际围岩变形进行智能反馈分析，获得符合现场条件的围岩力学参数，实现膨胀性围岩的定量化预报工作，对围岩变形规律和量级进行定量化预测预报，为膨胀性围岩支护设计优化和施工方案论证提供依据。

技术领域

本发明涉及长距离隧洞膨胀性围岩变形超前预测预报技术领域，具体地指一种长距离隧洞膨胀性围岩变形超前预测预报方法，在施工期对隧洞掌子面前方地层岩体的膨胀性进行预测，并开展膨胀性围岩变形的定量化预报工作。

背景技术

对于长距离水工隧洞，公路、铁路等线路工程的隧洞(道)，具有线路长、穿越多种地质单元的特点，因此常常面临埋深大、地质单元多变、以及地层岩性复杂的地质条件。特别是当隧洞穿越软岩洞段或断层破碎带时，会经常遭遇围岩大变形灾害，引起围岩变形侵限和支护结构受力超限破坏等工程问题。膨胀性围岩大变形是一种典型的围岩变形类型。一般是因围岩含高岭土、黏土和蒙脱石等亲水性矿物，在开挖后因卸荷和地下水体积发生变化而诱发体积膨胀，导致围岩大变形。对于线路工程，实际施工之前的勘察工作仅能以有限的钻孔信息了解地层的大致分布，难以对隧洞沿线的地层岩性进行准确划分，特别是具有膨胀性的地层及围岩膨胀程度较难全面掌握。根据目前已建的隧洞工程，因膨胀性围岩大变形而导致的围岩变形失稳和支护结构破坏，已有较多案例，该问题是制约这些隧洞工程进度、导致工程投资增加的主要原因。因此，在施工期对隧洞掌子面前方是否存在膨胀性围岩进行判别，并开展围岩变形的超前预测预报工作，可为围岩大变形防治提供定量依据，有利于在发生围岩大变形之前做好隧洞施工的风险管控，具有重要的工程意义。

隧洞围岩变形的预测预报方法，目前已有较多方法，可在一定程度上对隧洞的围岩变形和施工期围岩安全提供保障。但是，这些方法多针对软岩大变形和断层破碎带大变形开展预测预报，采用的核心判别指标为岩石的单轴抗压强度与初始地应力的比值。然而，对于膨胀性围岩这类具有特殊性质的大变形，因其膨胀性与岩体所含矿物成分和含量具有密切关系，目前还缺乏一套相对完善的膨胀性围岩超前预测预报方法和实施技术作为指导依据。隧洞工程实际施工遭遇膨胀性围岩后，只能得到定性的描述，根据其他工程经验进行加固支护措施设计，难以做到根据围岩膨胀性强弱，进行针对性的围岩大变形定量化评价与控制。

发明内容

本发明针对上述存在的问题，提供一种长距离隧洞膨胀性围岩变形超前预测预报方法，具体为基于超前导洞和智能反馈技术的膨胀性岩体判别及膨胀性围岩变形的超前预测预报方法；在施工期，对隧洞掌子面前方的地层，开展岩体膨胀性及膨胀程度的判别，以及膨胀性围岩的定量化预报工作，对围岩变形规律和量级进行定量化预测，为膨胀性围岩支护设计优化和施工方案论证提供依据。

为实现上述目的，本发明所设计的一种长距离隧洞膨胀性围岩变形超前预测预报方法，其特殊之处在于，所述方法包括：

步骤一：设置超前平行小导洞，利用超前小导洞获得隧洞掌子面前方围岩条件的布置技术，借助用于通风和逃生救援的紧急通道；结合超前小导洞与主洞的空间关系，揭示的主洞掌子面前方围岩体的实际地质条件，明确勘察设计阶段的地层与实际揭示地层的差异，根据原地质条件作出的施工开挖和支护方案；

步骤二：利用超前小导洞提供的条件，对地层岩体的膨胀性和膨胀程度进行判断，获得岩样的矿物成分组成和膨胀性矿物含量以及轴向自由膨胀率、径向自由膨胀率和稳定膨胀压力；

步骤三：在超前小导洞内选定变形监测断面，布置适应于膨胀性围岩变形监测、并且具有远程数据采集的智能化变形监测仪器并持续监测，旨在获得随隧洞掌子面推进过程的围岩变形时程；

步骤四：利用超前小导洞钻取岩芯，进行饱和单轴压缩试验，获得岩石饱和单轴抗压强度σ_c。