[发明专利]深埋隧洞全生命期外水压力演化过程监测系统及方法

权利要求书

1.一种深埋隧洞全生命期外水压力演化过程监测方法，其特征在于：它包括如下步骤：

S1、根据深埋隧洞掌子面桩号和地层岩性特征，确定现场监测断面的桩号；

S1.1、采用源-汇理论模型，确定深埋隧洞掌子面周围总水头φ；

S1.2、监测深埋隧洞施工过程中掌子面的涌水量Q，并根据隧洞掌子面周围总水头φ，确定深埋隧洞掌子面地下水影响半径r_d；

式中：Q为深埋隧道掌子面的涌水量；k是深埋隧洞上覆地层最大渗透系数；β是总水头百分比系数；h₀是地下水位线至隧洞洞轴线的垂直深度；

S1.3、根据深埋隧洞掌子面的桩号以及地下水影响半径r_d，确定掌子面前方现场监测断面的桩号K：

K-K₀＝αr_d

式中：K₀为深埋隧洞开挖掌子面桩号，r_d为深埋隧洞开挖掌子面地下水影响半径；α为安全系数，一般取α＝1.5；

S.2：在现场监测断面的正上方，布设地表深孔超前分层水压力监测单元，监测深埋隧洞全生命周期外水压力；

S2.1、在监测断面的正上方，自地表地层开始向下钻孔形成地表深孔；

孔径不小于76mm；孔的深度h为：

h＝H₀-r-T-D

式中，T为深埋隧洞固结灌浆层厚度，单位m；r是深埋隧洞半径，单位m；H₀为深埋隧洞埋深，单位为m；D为表示地表深孔孔底至深埋隧洞固结灌浆层外圈的距离；

S2.2、在地表深孔内，从孔底往上，每个地层段内布设至少一个渗压计；相邻两个地层分界线处灌注一段封堵段，将相邻的两个渗压计物理隔离开；

S2.3、在地表布设一台多通道数据采集仪和数据无线传输单元；每个渗压计的测量数据输出端通过信号线缆与多通道数据采集仪的信号输入端相连；多通道数据采集仪通过数据无线传输单元将接收到的数据存储到服务器或云平台中，供控制端或上位机调取分析；

S2.4、利用地表深孔内的渗压计监测深埋隧洞全生命周期外水压力；

S.3：待深埋隧洞掘进到监测断面处时，在隧洞内布设洞内多孔水压力监测单元，监测深埋隧洞掘进过程中以及运行期外水压力；

S3.1、在深埋隧洞监测断面处，自隧洞内向外钻至少三个孔径大于76mm径向深度不同的洞内监测孔；其中一个洞内监测孔位于隧洞固结灌浆层的外围岩层，用于监测外围岩层内的平均水压力；一个洞内监测孔位于隧洞固结灌浆层，用于监测固结灌浆层内的平均水压力；一个洞内监测孔位于深埋隧洞衬砌层外侧，用于监测施加在深埋隧洞衬砌层外侧的水压力；

每个洞内监测孔分为前段和后段两部分，前段远离深埋隧洞为测量段；后段靠近深埋隧洞为封堵段；

S3.2、在每个洞内监测孔的测量段内布设一只渗压计，并用细砂填满整个测量段，渗压计包裹在细砂内；

S3.3、在隧洞内布设一台多通道数据采集仪和数据无线传输单元；每个渗压计的测量数据输出端通过信号线缆与多通道数据采集仪的信号输入端相连；多通道数据采集仪通过数据无线传输单元将接收到的数据存储到服务器或云平台中，供控制端或上位机调取分析；

S3.4、将每个洞内监测孔的后段灌浆封堵死，防止窜孔；

S3.5、利用洞内监测孔内的渗压计监测深埋隧洞外水压力；

S3.6、依次施作衬砌，进行灌浆，充水运行，继续利用洞内多孔水压力监测单元实时监测深埋隧洞外水压力。

2.根据权利要求1所述的深埋隧洞全生命期外水压力监测方法，其特征在于：所述步骤S1中选择的现场监测断面与深埋隧洞施工掌子面位于同一个水文地质单元。

3.根据权利要求2所述的深埋隧洞全生命期外水压力监测方法，其特征在于：所述步骤S2地表深孔超前分层水压力监测单元的布设要在隧洞掌子面掘进到距离地表深孔r_d范围之前完成。

4.根据权利要求3所述的深埋隧洞全生命期外水压力监测方法，其特征在于：所述步骤S2.2中相邻两个地层分界线处灌注的封堵段的长度大于2m。