本文關(guān)鍵詞：基于TSP超前地質(zhì)預(yù)報(bào)與監(jiān)控量測(cè)信息的隧道圍巖亞級(jí)分級(jí)方法及應(yīng)用研究　出處：《武漢理工大學(xué)》2014年碩士論文　論文類(lèi)型：學(xué)位論文

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【摘要】：近20年來(lái)，我國(guó)交通事業(yè)發(fā)展迅猛，高鐵，高速公路，城市軌道等建設(shè)規(guī)模也越來(lái)越大。公路隧道的數(shù)量突飛猛漲，使得對(duì)于隧道的研究迎來(lái)新的挑戰(zhàn)與發(fā)展。國(guó)內(nèi)外在對(duì)隧道的各種研究中，隧道圍巖分級(jí)一直是一個(gè)重點(diǎn)，快速、合理的圍巖等級(jí)分級(jí)判定是隧道施工中急需的技術(shù)支撐，也是地質(zhì)災(zāi)害穩(wěn)定性評(píng)價(jià)與處治方案制定的重要依據(jù)。國(guó)內(nèi)外先后產(chǎn)生了多種分級(jí)方法，它們從不同角度對(duì)圍巖進(jìn)行了等級(jí)劃分，但對(duì)于國(guó)內(nèi)分級(jí)現(xiàn)狀來(lái)說(shuō)，與國(guó)際上有重要影響的圍巖分級(jí)方法比，分級(jí)級(jí)數(shù)偏少，以往的隧道工程建設(shè)實(shí)踐表明：《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》中Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖劃分跨度較大，可以通過(guò)對(duì)各級(jí)圍巖進(jìn)行亞級(jí)分級(jí)劃分，從而最大限度的滿足安全且經(jīng)濟(jì)的建設(shè)原則。對(duì)于設(shè)計(jì)階段的圍巖亞級(jí)分級(jí)已經(jīng)在《公路隧道設(shè)計(jì)細(xì)則》提出，目前對(duì)圍巖亞級(jí)分級(jí)的研究主要集中在施工階段的開(kāi)挖之后根據(jù)掌子面得到的信息進(jìn)行圍巖分級(jí)，但由于現(xiàn)場(chǎng)的復(fù)雜性，出現(xiàn)很多設(shè)計(jì)圍巖級(jí)別與實(shí)際圍巖級(jí)別有很大出入的情況，而對(duì)于超前預(yù)報(bào)階段的圍巖亞級(jí)分級(jí)研究還相對(duì)較少，沒(méi)有系統(tǒng)的研究。依據(jù)王明年教授等人通過(guò)數(shù)值試驗(yàn)將公路隧道巖質(zhì)圍巖根據(jù)其自穩(wěn)性表現(xiàn)特征所進(jìn)行的亞級(jí)分級(jí)，本文嘗試建立了實(shí)用的公路隧道圍巖亞級(jí)分級(jí)方法，將Ⅲ級(jí)圍巖分為兩個(gè)亞級(jí)級(jí)別，Ⅳ級(jí)圍巖分為三個(gè)亞級(jí)級(jí)別，Ⅴ級(jí)圍巖分為兩個(gè)亞級(jí)級(jí)別。 本文利用TSP超前預(yù)報(bào)系統(tǒng)探測(cè)成果與監(jiān)控量測(cè)信息，結(jié)合數(shù)量化理論和統(tǒng)計(jì)回歸分析原理，建立了圍巖亞級(jí)分級(jí)方法。該方法將圍巖級(jí)別中的Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ級(jí)細(xì)分，以及將劃分采用的定性指標(biāo)巖石堅(jiān)硬程度，巖體完整性和地下水狀態(tài)定量化，實(shí)現(xiàn)圍巖亞級(jí)分級(jí)自動(dòng)化，標(biāo)準(zhǔn)化。并結(jié)合監(jiān)控量測(cè)研究，探究了圍巖變形與圍巖級(jí)別之間的定量關(guān)系。主要研究成果有： （1）TSP超前預(yù)報(bào)系統(tǒng)是利用彈性波的動(dòng)力學(xué)原理，采用多分量勘探技術(shù)，用X、Y、Z三分量檢波器接收由震源產(chǎn)生的地震波信息，通過(guò)軟件分析得到完整的P-SV、P-SH波和P-P波的地震波記錄，根據(jù)反射波中有效的信息以及數(shù)值分析，得到的成果包括：能夠直觀表現(xiàn)的數(shù)據(jù)，如縱波速度，密度，泊松比，靜態(tài)楊氏模量等巖石物理力學(xué)參數(shù)，還有通過(guò)反射圖，以及波形圖反映的構(gòu)造影響程度，節(jié)理裂隙發(fā)育，圍巖的軟硬和含水量等情況。以上的成果數(shù)據(jù)能夠用以定量判斷圍巖分級(jí)各指標(biāo)，為分級(jí)提供有效的定量值。 （2）TSP系統(tǒng)成果與圍巖分級(jí)指標(biāo)之間關(guān)系的研究。波在巖石中傳播受到巖石成分以及密度，體積彈性模量的影響從而發(fā)生能量虧損，導(dǎo)致不同的縱波與橫波速度，波在巖體中的傳播速度受到裂隙發(fā)育程度以及裂隙填充物的影響而不同。 TSP203所能提供最大價(jià)值的是巖體縱波速度，而這對(duì)于巖石堅(jiān)硬程度的分析有很大作用，要考究圍巖堅(jiān)硬程度，可以參考鐵路隧道圍巖分級(jí)方法中圍巖硬度與圍巖彈性縱波傳播速度的關(guān)系；在進(jìn)行定性描述時(shí),可以參考TSP探測(cè)成果，對(duì)前方圍巖的節(jié)理發(fā)育程度進(jìn)行判斷。在進(jìn)行定量分析時(shí)TSP可提供大量可靠的巖石的縱波速度，結(jié)合測(cè)定的巖體彈性縱波速度，就能夠得出巖體完整性指數(shù)K v；在施工過(guò)程中以及TSP系統(tǒng)等超前預(yù)報(bào)的融入，根據(jù)TSP成果可以很容易定性的判斷出前方地下水的狀態(tài)。因此通過(guò)TSP的探測(cè)成果反演出巖石堅(jiān)硬程度，巖體完整性以及裂隙水等圍巖分級(jí)指標(biāo)的參數(shù)狀態(tài)。 （3）數(shù)量化理論作為多元統(tǒng)計(jì)分析的一個(gè)分支，根據(jù)各種統(tǒng)計(jì)分析的目的，給出相應(yīng)的方法，刪除了不必要的原始數(shù)據(jù)，簡(jiǎn)化了計(jì)算，并給變量的選擇帶來(lái)了很大的靈活性，使得數(shù)量化理論與回歸分析和判別分析得到統(tǒng)一。本文運(yùn)用數(shù)量化理論，建立圍巖定量判定的數(shù)學(xué)模型，該方法將定性指標(biāo)定量化，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)采集的圍巖樣本進(jìn)行判別分析，求出亞級(jí)分級(jí)的判別系數(shù)，從而建立了圍巖亞級(jí)分級(jí)方程。 （4）在隧道施工過(guò)程中，圍巖穩(wěn)定性的判斷依據(jù)絕大部分來(lái)源于監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，隧道圍巖的變形根據(jù)圍巖變形速率的不同，可分為三個(gè)階段：急劇變形，緩慢變形，基本穩(wěn)定。本文只針對(duì)圍巖級(jí)別為Ⅲ級(jí)、Ⅳ級(jí)、Ⅴ級(jí)、Ⅵ級(jí)及其亞級(jí)進(jìn)行研究，基于不同圍巖級(jí)別下，對(duì)拱頂沉降和周邊收斂的監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析研究與擬合，，推得各圍巖級(jí)別的圍巖變形在正態(tài)分布下的區(qū)間概率，并得出其位移隨著圍巖級(jí)別的降低而升高，總結(jié)得出圍巖拱頂與周邊收斂變形穩(wěn)定期望值與各圍巖級(jí)別之間的概略數(shù)量關(guān)系式：y aebx,其中對(duì)拱頂下沉研究中，a=3.3152,b=0.2769,周邊收斂研究中，a=2.9699,b=0.3379，通過(guò)研究周邊位移與圍巖級(jí)別之間的定量關(guān)系，能夠使得現(xiàn)場(chǎng)工程人員對(duì)隧道圍巖變形的評(píng)價(jià)更為方便，實(shí)現(xiàn)隧道的信息化施工。 （5）結(jié)合工程京臺(tái)高速南平段隧道苦竹1#隧道進(jìn)行圍巖亞級(jí)分級(jí)研究，選取其中有代表性的巖段：YK47+602～YK47+452和ZK47+507～ZK47+388，該兩個(gè)巖段工程性質(zhì)較為復(fù)雜，包括Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖，根據(jù)TSP所得到的2D反射面圖和巖石物理參數(shù)，以及巖石彈性縱波速度，判斷出圍巖判別指標(biāo)：巖石堅(jiān)硬程度，巖石完整性和地下水狀態(tài)的定性定量數(shù)值，經(jīng)過(guò)亞級(jí)分級(jí)方程判別，并結(jié)合實(shí)際隧道開(kāi)挖情況進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果表明，該圍巖亞級(jí)分級(jí)方法對(duì)工程信息化施工具有指導(dǎo)性，能夠有效節(jié)省預(yù)算。
[Abstract]:In recent 20 years , China ' s transportation has developed rapidly , and the construction scale of high - speed rail , highway and urban rail has become more and more important . Based on the theory of quantitative theory and statistical regression analysis , a sub - grade classification method of surrounding rocks is established by using the detection results and monitoring measurement information of TSP advanced forecast system , and the quantitative relationship between surrounding rock deformation and surrounding rock level is studied by combining the classification of grade 鈪

本文編號(hào)：1412823