[发明专利]一种适用于双护盾TBM的围岩变形监测方法及预测方法

说明书

本发明公开了一种适用于双护盾TBM的围岩变形监测方法及预测方法。主要包含了基于准分布式FBG传感原理的超前钻孔测量管设计及变形监测、基于施工过程数值仿真及反演分析的监测值修正和基于监测反演参数的围岩收敛变形数值仿真分析及超前预测三部分。本发明具有如下有益效果：利用准分布式FBG超前钻孔测量管，有效解决了双护盾TBM隧洞由于护盾、管片遮挡而导致围岩变形难以监测的问题，通过精细化数值仿真对测量管的“假想固定点”进行位移修正，根据监测数据反演围岩的蠕变本构参数，并基于数值模型实现对围岩收敛变形的超前预测分析，从而为隧洞的施工掘进和支护设计提供指导依据，保证双护盾TBM的安全高效施工。

技术领域

本发明涉及隧洞施工监测技术领域，具体涉及一种适用于双护盾TBM的围岩变形监测方法及预测方法。

背景技术

双护盾TBM(Tunnel Boring Machine，隧道掘进机)凭借其施工的安全性、高效性、适用于复杂地层且对围岩扰动小的特点，越来越广泛应用于深埋长隧洞工程施工中。深埋隧道围岩开挖卸荷后，初始三向应力状态变为二向应力状态，容易导致应力重分布和应力集中，进而导致围岩向隧道中心收敛，造成TBM卡机。

隧洞开挖后，收敛变形是反映围岩动态发展和隧洞稳定性的最直接体现，对于指导TBM的施工掘进和支护设计，保证安全高效施工和防止卡机灾害具有重要的意义。对于隧洞围岩收敛变形的监测，不同学者基于不同物理原理制造了多种类型的传感器和测量系统，实现了对围岩变形量的测量。但提出的监测方法多用于非盾构法施工的隧洞之中。而对于双护盾TBM隧洞，由于其在施工过程中围岩被护盾或衬砌管片所遮蔽，故对于围岩收敛变形的监测较为困难。Farrokh和Rostami曾通过衬砌管片的预留灌浆孔，用刻度仪器测量了盾构尾部收敛变形。但是，这种利用管片的预留灌浆孔和刻度仪器进行围岩变形测量的方法只能粗略测量某些点的收敛变形，不能得到双护盾TBM掘进过程中的围岩收敛变形规律。

在我国锦屏二级水电站施工过程中，采用引水隧洞之间的横洞开挖施工支洞，采用在施工支洞内布置光纤光栅和多点位移计进行导流洞位移监测。但该导流洞位移监测方法要求施工支洞垂直于隧道轴线，不适合一般情况，同时开挖施工支洞也会大大增加工程造价。

综上可以看出，如何全面、有效、经济地监测围岩变形仍然是双护盾TBM面临的一个挑战。

另一方面，3D数值仿真技术凭借其低成本和高效的特点，成为隧洞等工程问题计算分析的重要手段。许多学者将数值仿真方法应用于隧道变形和稳定性分析研究，并取得了许多研究成果。数值仿真计算的准确性依赖于模型本构及其参数的选取。然而，由于围岩本身构成复杂，且其性质受到岩体构造和地质结构的影响，结合现场信息进行反演分析是目前获取符合该工程地质的等效岩土力学参数主要途经。通过反演分析，可以得到具体数值模型的等效岩土参数，能够反映开挖区附近岩体的力学性质。一般情况下，反演分析主要根据位移数据进行。因此，对于双护盾TBM隧洞，提出一种有效围岩变形监测和分析方法成为该领域亟待解决的技术问题。

发明内容

针对目前双护盾TBM隧洞施工中围岩变形监测较困难且以往监测方法相对低效或成本较高的现状，本发明提供一种适用于双护盾TBM的围岩变形监测方法，通过其能够对双护盾TBM的围岩收敛变形进行有效监测，能够有效解决了双护盾TBM隧洞由于护盾、管片遮挡而导致围岩变形难以监测的问题。

本发明还提供一种适用于双护盾TBM的围岩变形预测方法，可有效实现对隧洞施工过程中围岩收敛变形规律及收敛稳定值的超前预测。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

本发明提供一种适用于双护盾TBM的围岩变形监测方法，其包括：

通过置于埋设在隧道掌子面后方设定位置处超前孔中的测量管内的准分布式FGB高差位移计对围岩多个监测点的变形收敛进行实时监测，所述准分布式FGB高差位移计由多个FBG传感器串联组成；