【技術實現步驟摘要】
本專利技術設計隧道監測領域，具體是一種臨近隧道爆破開挖對既有隧道影響的監測方法及系統。
技術介紹
1、新建隧道爆破開挖可能加重臨近既有隧道的病害，進而導致既有隧道變形或沉降，安全隱患多，深入研究新建隧道爆破開挖對既有隧道病害的影響是保障開挖安全的重要前提。基于此，本專利技術提供了一種臨近隧道爆破開挖對既有隧道影響的監測方法及系統來模擬開挖，根據模擬結果評價開挖對周邊既有隧道的影響，模擬結果對工程施工有指導意義。
技術實現思路
1、本專利技術提供了一種臨近隧道爆破開挖對既有隧道影響的監測方法及系統。
2、第一方面，本申請實例提供了一種臨近隧道爆破開挖對既有隧道影響的監測方法，包括：
3、建立包含新建隧道和既有隧道的有限元分析模型；
4、根據既有隧道的病害類型，將有限元分析模型中的既有隧道的襯砌區域劃分為第一區域、第二區域和重疊區域，第一區域為滲水區域，第二區域為襯砌開裂區域，重疊區域為第一區域和第二區域的重疊區域；
5、在有限元模型中模擬新建隧道的爆破開挖，并獲取不同爆破工況條件下第一區域的水壓力最大值集合以及第二區域襯砌應力最大值集合；
6、根據水壓力最大值集合預測得到第一區域對應的水流滲流量數據集合；
7、根據襯砌應力最大值集合預測得到第二區域對應的襯砌開裂程度數據集合；
8、根據加疊加原理確定不同爆破工況條件下重疊區域的水流滲流量及襯砌開裂程度數據集合；
9、整合各個區域的水流滲流量
10、本申請實施例實施時，為了便于既有隧道的有限元模型的建立，在模擬爆破開挖前需要對既有隧道進行一個全方面的實地勘察與檢測，勘察檢測的方面包括通過布設水位計和滲水流量計等設備，監測隧道內的水位和滲水量變化，通過裂縫計和測量尺等設備監測裂縫的寬度、長度和形態的變化；通過壓力計監測隧道內滲水區的水壓力，通過應變片實施檢測襯砌開裂區的襯砌應力，將監測到的水壓力作為初始水壓力、水流滲流量作為初始水流滲流量、襯砌應力作為初始襯砌應力、襯砌裂縫的長度和寬度作為裂縫的初始應變參數傳入有限元模型中作為輸入數據進行計算。
11、本實施例實施中，利用有限元模型模擬不同爆破工況下對既有隧道病害的影響，通過模擬不同當量的炸藥產生的沖擊力和振動力，導致既有隧道周邊地下水位的變化以及既有隧道襯砌裂縫的持續開裂，進而導致既有隧道水壓力的改變和襯砌應力的改變；通過因不同爆破工況下產生的滲水區的水壓力最大值集合和初始水壓力比例關系與初始水流滲流量相乘，預估得到不同爆破工況下水壓力最大值集合單位時間內的水流滲流量；通過因不同爆破工況下產生的襯砌開裂區的襯砌應力最大值集合獲取對應的剪切模量集合，利用初始襯砌應力獲取初始剪切模量，再通過剪切模量集合中的對象分別與初始剪切模量的比例關系與襯砌裂紋尖端的應變增漲率以及裂縫應變的初始參數相乘，預估得到各個襯砌應力最大值集合對應的襯砌裂縫發展程度；最后通過疊加原理確定不同爆破工況條件下重疊區域的水流滲流量及襯砌開裂程度數據。
12、在一種可能得實現方式中，根據疊加原理確定重疊單元的滲流量及襯砌開裂程度包括：
13、識別并量化重疊區域內初始水壓力和初始襯砌應力，確定初始水壓力和初始襯砌應力在重疊區域內的分布；
14、將重疊區域解耦為第一區域和第二區域，確定第一區域內初始水壓力的分布，以及確定第二區域內初始襯砌應力的分布；
15、建立包含重疊區域的多物理場耦合模型，確定不同爆破工況條件下耦合模型內的水壓力最大值集合和襯砌應力最大值集合的分布；
16、根據水壓力最大值集合和初始水壓力得出對應的水流滲流量數據集合；
17、根據襯砌應力最大值集合和初始襯砌應力得出對應的襯砌開裂程度數據集合；
18、建立關聯方程對水流滲流量和裂縫開裂程度進行耦合，得出在水壓力和襯砌應力共同作用下的水流滲流量及襯砌開裂程度數據集合。
19、本實施例實時，由于重疊區與的滲流量和襯砌開裂彼此之間存在相互影響，隨著襯砌開裂的展開進而增大襯砌的滲水量，隨著水流滲水量的增大進而增大襯砌裂縫的開裂；因此，通過建立水壓力和襯砌應力的多物理場耦合模型，以模擬分析在水流滲流和襯砌變形開裂的共同作用下對重疊區域的影響。
20、進一步的，通過水壓力、襯砌應力以及裂縫開裂程度擬合得到關聯方程，關聯方程的表達式為
21、
22、其中，f-表示水流滲水量和裂縫開裂程度變化的關系函數；-表示裂縫開裂程度隨時間的變化；q-表示滲水量；-表示水壓力隨時間的變化；σ-表示襯砌應力。
23、本實施例實施時，通過收集大量隧道的水壓力、襯砌應力、水流滲流量、襯砌開裂寬度和襯砌開裂長度等數據，對數據進行初步的統計分析和相關性分析，以便于分析各個參數之間的關系和影響因素；通過最小二乘法來擬合建立滲流量和襯砌開裂程度的關聯方程，通過迭代驗證得到最終的關聯方程，該擬合過程屬于現有技術，在本實施例中不做進一步限定。
24、在一種可能得實現方式中，得到第一區域對應的水流滲流量數據的方式為，根據既有隧道的監測報告，確定第一區域的初始水壓力；
25、根據達西定律利用初始水壓力計算出單位時間內的初始水流滲流量，利用各個水壓力最大值集合分別和初始水壓力比例關系結合初始水流滲流量，預估得到各個水壓力最大值集合單位時間內的水流滲流量。
26、本實施例實施時，通過在不同爆破工況下產生的滲水區的水壓力最大值集合和初始水壓力比例關系與初始水流滲流量、巖土滲透系數以及滲透增長率相乘，預估得到不同爆破工況下水壓力最大值集合單位時間內的水流滲流量。
27、在一種可能得實現方式中，得到第二區域對應的襯砌開裂程度數據的方式為，根據根據既有隧道的監測報告，確定第二區域的初始襯砌應力；
28、根據初始襯砌應力獲取初始剪切模量，根據各個襯砌應力最大值集合獲取對應的剪切模量集合，利用各個剪切模量集合分別與初始剪切模量的比例關系結合襯砌裂紋尖端的應變增漲率以及裂縫應變的初始參數，預估得到各個襯砌應力最大值集合對應的襯砌裂縫發展程度。
29、在一種可能得實現方式中，整合各個區域的水流滲流量和襯砌開裂程度數據包括：
30、將第一區域內水流滲流量最大許用值作為第一安全預警值，第二區域內襯砌裂縫開裂程度最大許用值作為第二安全預警值、重疊區域內水流滲流量最大許用值作為第三安全預警值以及重疊區域內襯砌裂縫開裂程度最大許用值作為第四安全預警值；
31、根據第一區域對應的水流滲流量數據集合，建立第一區域內不同爆破工況與水流滲流量的第一關系曲線；
32、根據第二區域對應的襯砌開裂程度數據集合，建立第二區域內不同爆破工況與襯砌開裂程度的第二關系曲線；
33、根據重疊區域耦合后的水流滲流量及襯砌開裂程度數據集合，建立重疊區域內不同爆破工況與本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種臨近隧道爆破開挖對既有隧道影響的監測方法，其特征在于包括：
2.根據權利要求1所述一種臨近隧道爆破開挖對既有隧道影響的監測方法，其特征在于，根據所述疊加原理確定所述重疊單元的滲流量及襯砌開裂程度包括：
3.根據權利要求2所述一種臨近隧道爆破開挖對既有隧道影響的監測方法，其特征在于，通過水壓力、襯砌應力以及裂縫開裂程度擬合得到所述關聯方程，所述關聯方程公式為
4.根據權利要求1所述一種臨近隧道爆破開挖對既有隧道影響的監測方法，其特征在于，得到所述第一區域對應的水流滲流量數據的方式為，根據所述既有隧道的監測報告，確定所述第一區域的初始水壓力；
5.根據權利要求1所述一種臨近隧道爆破開挖對既有隧道影響的監測方法，其特征在于，得到所述第二區域對應的襯砌開裂程度數據的方式為，根據根據所述既有隧道的監測報告，確定所述第二區域的初始襯砌應力；
6.根據權利要求1所述一種臨近隧道爆破開挖對既有隧道影響的監測方法，其特征在于，整合各個區域的水流滲流量和襯砌開裂程度數據包括：
7.根據權利要求6所述一種臨近隧道爆破開挖對
8.根據權利要求7所述一種臨近隧道爆破開挖對既有隧道影響的監測方法，其特征在于，評估出合理的所述爆破施工方案包括：
9.一種臨近隧道爆破開挖對既有隧道影響的監測系統，其特征在于，使用權利要求1～8任意一項所述方法，所述監測系統包括：
...【技術特征摘要】
1.一種臨近隧道爆破開挖對既有隧道影響的監測方法，其特征在于包括：
2.根據權利要求1所述一種臨近隧道爆破開挖對既有隧道影響的監測方法，其特征在于，根據所述疊加原理確定所述重疊單元的滲流量及襯砌開裂程度包括：
3.根據權利要求2所述一種臨近隧道爆破開挖對既有隧道影響的監測方法，其特征在于，通過水壓力、襯砌應力以及裂縫開裂程度擬合得到所述關聯方程，所述關聯方程公式為
4.根據權利要求1所述一種臨近隧道爆破開挖對既有隧道影響的監測方法，其特征在于，得到所述第一區域對應的水流滲流量數據的方式為，根據所述既有隧道的監測報告，確定所述第一區域的初始水壓力；
5.根據權利要求1所述一種臨近隧道爆...
【專利技術屬性】
技術研發人員：張黎明，王歡，薛育陽，劉歡，王領，梁淦波，班霞，汪波，
申請(專利權)人：廣東省路橋建設發展有限公司，
類型：發明
國別省市：
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