本文關(guān)鍵詞：基于TSP超前地質(zhì)預報與監(jiān)控量測信息的隧道圍巖亞級分級方法及應(yīng)用研究　出處：《武漢理工大學》2014年碩士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：近20年來，我國交通事業(yè)發(fā)展迅猛，高鐵，高速公路，城市軌道等建設(shè)規(guī)模也越來越大。公路隧道的數(shù)量突飛猛漲，使得對于隧道的研究迎來新的挑戰(zhàn)與發(fā)展。國內(nèi)外在對隧道的各種研究中，隧道圍巖分級一直是一個重點，快速、合理的圍巖等級分級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)定性評價與處治方案制定的重要依據(jù)。國內(nèi)外先后產(chǎn)生了多種分級方法，它們從不同角度對圍巖進行了等級劃分，但對于國內(nèi)分級現(xiàn)狀來說，與國際上有重要影響的圍巖分級方法比，分級級數(shù)偏少，以往的隧道工程建設(shè)實踐表明：《公路隧道設(shè)計規(guī)范》中Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ級圍巖劃分跨度較大，可以通過對各級圍巖進行亞級分級劃分，從而最大限度的滿足安全且經(jīng)濟的建設(shè)原則。對于設(shè)計階段的圍巖亞級分級已經(jīng)在《公路隧道設(shè)計細則》提出，目前對圍巖亞級分級的研究主要集中在施工階段的開挖之后根據(jù)掌子面得到的信息進行圍巖分級，但由于現(xiàn)場的復雜性，出現(xiàn)很多設(shè)計圍巖級別與實際圍巖級別有很大出入的情況，而對于超前預報階段的圍巖亞級分級研究還相對較少，沒有系統(tǒng)的研究。依據(jù)王明年教授等人通過數(shù)值試驗將公路隧道巖質(zhì)圍巖根據(jù)其自穩(wěn)性表現(xiàn)特征所進行的亞級分級，本文嘗試建立了實用的公路隧道圍巖亞級分級方法，將Ⅲ級圍巖分為兩個亞級級別，Ⅳ級圍巖分為三個亞級級別，Ⅴ級圍巖分為兩個亞級級別。 本文利用TSP超前預報系統(tǒng)探測成果與監(jiān)控量測信息，結(jié)合數(shù)量化理論和統(tǒng)計回歸分析原理，建立了圍巖亞級分級方法。該方法將圍巖級別中的Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ級細分，以及將劃分采用的定性指標巖石堅硬程度，巖體完整性和地下水狀態(tài)定量化，實現(xiàn)圍巖亞級分級自動化，標準化。并結(jié)合監(jiān)控量測研究，探究了圍巖變形與圍巖級別之間的定量關(guān)系。主要研究成果有： （1）TSP超前預報系統(tǒng)是利用彈性波的動力學原理，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參數(shù)，還有通過反射圖，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各指標，為分級提供有效的定量值。 （2）TSP系統(tǒng)成果與圍巖分級指標之間關(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所能提供最大價值的是巖體縱波速度，而這對于巖石堅硬程度的分析有很大作用，要考究圍巖堅硬程度，可以參考鐵路隧道圍巖分級方法中圍巖硬度與圍巖彈性縱波傳播速度的關(guān)系；在進行定性描述時,可以參考TSP探測成果，對前方圍巖的節(jié)理發(fā)育程度進行判斷。在進行定量分析時TSP可提供大量可靠的巖石的縱波速度，結(jié)合測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；在施工過程中以及TSP系統(tǒng)等超前預報的融入，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TSP的探測成果反演出巖石堅硬程度，巖體完整性以及裂隙水等圍巖分級指標的參數(shù)狀態(tài)。 （3）數(shù)量化理論作為多元統(tǒng)計分析的一個分支，根據(jù)各種統(tǒng)計分析的目的，給出相應(yīng)的方法，刪除了不必要的原始數(shù)據(jù)，簡化了計算，并給變量的選擇帶來了很大的靈活性，使得數(shù)量化理論與回歸分析和判別分析得到統(tǒng)一。本文運用數(shù)量化理論，建立圍巖定量判定的數(shù)學模型，該方法將定性指標定量化，通過現(xiàn)場采集的圍巖樣本進行判別分析，求出亞級分級的判別系數(shù)，從而建立了圍巖亞級分級方程。 （4）在隧道施工過程中，圍巖穩(wěn)定性的判斷依據(jù)絕大部分來源于監(jiān)控量測數(shù)據(jù)，通過現(xiàn)場實測，隧道圍巖的變形根據(jù)圍巖變形速率的不同，可分為三個階段：急劇變形，緩慢變形，基本穩(wěn)定。本文只針對圍巖級別為Ⅲ級、Ⅳ級、Ⅴ級、Ⅵ級及其亞級進行研究，基于不同圍巖級別下，對拱頂沉降和周邊收斂的監(jiān)控量測數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析研究與擬合，，推得各圍巖級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別之間的概略數(shù)量關(guān)系式：y aebx,其中對拱頂下沉研究中，a=3.3152,b=0.2769,周邊收斂研究中，a=2.9699,b=0.3379，通過研究周邊位移與圍巖級別之間的定量關(guān)系，能夠使得現(xiàn)場工程人員對隧道圍巖變形的評價更為方便，實現(xiàn)隧道的信息化施工。 （5）結(jié)合工程京臺高速南平段隧道苦竹1#隧道進行圍巖亞級分級研究，選取其中有代表性的巖段：YK47+602～YK47+452和ZK47+507～ZK47+388，該兩個巖段工程性質(zhì)較為復雜，包括Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ級圍巖，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：巖石堅硬程度，巖石完整性和地下水狀態(tài)的定性定量數(shù)值，經(jīng)過亞級分級方程判別，并結(jié)合實際隧道開挖情況進行對比，結(jié)果表明，該圍巖亞級分級方法對工程信息化施工具有指導性，能夠有效節(jié)省預算。
[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：1412823