CN112035937B - 一种隧道施工围岩变形分析及信息化施工方法 - Google Patents

一种隧道施工围岩变形分析及信息化施工方法 Download PDF

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Abstract

本发明的目的在于提供一种隧道施工围岩变形分析及信息化施工方法，包括：对待施工的隧道进行初步勘察，得到所述隧道施工的基本信息；构建分析模型，采用有限元软件对施工过程进行数值模拟，得到所述隧道的变形特征；读取数据库中已完成同类型施工的数据，通过所述分析模型进行模拟与分析，得到已完成数据；将获得的施工过程中的数据与相应的所述已完成数据进行对比，得到比较值；根据分析出的结果，找到支护围岩变形的关键点，进行针对性支护，调整相应的支护方案。本发明将相关力学稳定性研究成果及计算方法通过数值模拟的方式引入隧道工程的建设中，有效的提高了工程的可靠性。

Description

一种隧道施工围岩变形分析及信息化施工方法
技术领域
本发明涉及隧道施工领域，尤其涉及一种隧道施工围岩变形分析及信息化施工方法。
背景技术
目前，在城市施工过程中，施工环境复杂，地质情况多变，隧道施工过程中往往会遇到城市市政管线，立交桥梁，建筑基础，并且地面的动、静荷载变化较大，往往会造成隧道施工过程中的围岩变形，而围岩的变形量大小，事关工程建设的成败。
在隧道施工过程中，造成围岩变形的原因有很多，一般有以下两类，一种是围岩收到外部荷载的作用，内部应力失去原来的平衡状态造成破坏；另一种是由于外在的干扰，导致岩土体的抗剪强度降低，从而导致围岩变形。
针对围岩的变形量的监控，对于整个工程的可行性、安全性以及经济性起到了重要的作用。如果监控不当，甚至会造成隧道坍塌，造成严重的经济问题。
众所周知的，在隧道施工过程中，围岩的及时监测与超前支护尤为重要，针对目前隧道掘进过程中存在的问题：目前的检测焦点集中在设计以及施工过程，而在隧道施工过程中，所谓的监测点选取过于随意，并且大多是经验法，很容易造成监测点并非工程的关键点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种隧道施工围岩变形分析及信息化施工方法，能够通过数值模拟方式引入隧道工程的建设，找到隧道施工中的关键支护点，有效的提高了可靠性。
本发明解决上述技术问题所采取的技术方案是：一种隧道施工围岩变形分析及信息化施工方法，其特征在于，包括：
对待施工的隧道进行初步勘察，得到所述隧道施工的基本信息；
构建分析模型，采用有限元软件对施工过程进行数值模拟，得到所述隧道的变形特征；
读取数据库中已完成同类型施工的数据，通过所述分析模型进行模拟与分析，得到已完成数据；
将获得的施工过程中的数据与相应的所述已完成数据进行对比，得到比较值；
根据分析出的结果，找到支护围岩变形的关键点，进行针对性支护，调整相应的支护方案。
所述“根据分析出的结果，找到支护围岩变形的关键点，进行针对性支护，调整相应的支护方案”后，还包括：
采集每百米现场监测结果，通过所述分析模型获得下一个百米工段的围岩支护变形情况，及时调整相应的支护方案变化，始终对所述围岩变形的关键点进行监控。
所述“所述隧道施工的基本信息”包括：
围岩的地质基本信息、隧道的高度、掘进速度、所述隧道周边的位置环境、所述隧道的岩层的组成结构、加固支护参数以及所述加固支护的受力情况。
所述“构建分析模型，采用有限元软件对施工过程进行数值模拟，得到所述隧道的变形特征”，包括：
根据所述隧道施工的基本信息，由所述隧道掘进过程中的纵横向岩石层结构，构建出边坡岩层结构的三维模型图；
将所述三维模型图分割为多个计算单元，通过结构力学方程矩阵方式形成三维数值模拟分析模型；
根据三维数值模拟分析模型对高边坡的施工过程中岩体移动、应力、应力变化情况进行预测，得到所述隧道的变形特征。
所述“将获得的施工过程中的数据与相应的所述已完成数据进行对比”，包括：
设定所述施工过程中的数据与相应的所述已完成数据的阈值；
当，所述比较值与所述阈值的吻合度达到90％以上时，无需更改现有的支护方案；
当，所述比较值与所述阈值的吻合度达到60％～90％时，调整现有的支护方案，重新模拟，直到所述比较值与所述阈值的吻合度达到90％以上；
当，所述比较值与所述阈值的吻合度达到60％以下时，根据所述隧道施工的基本信息重新建模。
在所述“对待施工的隧道进行初步勘察，得到所述隧道施工的基本信息”前，还包括：
监控量测点位布置的过程：
将所述隧道底部向上分别沿45度夹角延伸，对称设置3个以上监测点；
3个以上所述监测点的分布是：距所述隧道的竖直方向中线的间隔越来越大。
本发明所带来的有益效果为：本发明将相关力学稳定性研究成果及计算方法通过数值模拟的方式引入隧道工程的建设中，有效的提高了工程的可靠性。同时，将所述隧道底部向上分别沿45度夹角延伸，对称设置3个以上监测点，能够有效的分析出相应工程的支护过程中变形的关键点，并通过模拟的支护结构稳定性，提升开挖后支护结构监测数据的可靠性，更容易反应隧道支护后的真实状态。
附图说明
如图1为监控点的布置图。
图2为本发明的具体施工流程图。
其中，图1中的三角形代表监测点设置位置。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行进一步的说明。
针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种隧道施工围岩变形分析及信息化施工方法，从而解决隧道施工过程中围岩变形造成的工程模式。
为了实现上述目的，如图1～2，本发明包括以下几个步骤：
1.对待施工的隧道进行初步勘察，得到所述隧道施工的基本信息；对施工的隧道进行勘察设计，得到隧道要经过区域内的交通桥梁以及管线位置，并随着工程的推进，逐步推进对施工过程各项关键点监测。
2.构建分析模型，采用有限元软件对施工过程进行数值模拟，得到所述隧道的变形特征，包括：
采用Plaxis3D有限元软件对施工过程进行数值模拟，模拟在不同工况下桥梁墩顶的变形情况；采用FLAC3D计算软件与理论计算公式相互验证的方法，***的对复杂条件上跨下穿同一条既有线的环境控制进行研究，从施工技术方面着手，通过对盾构机型进行改进等确保了开挖面的稳定和控制地表沉降。采用MIDAS-GTS有限元软件对施工过程模拟，得到隧道及立交桥的变形特征，指导施工。
3.读取数据库中已完成同类型施工的数据，通过所述分析模型进行模拟与分析，得到已完成数据，包括：
将类似的已完成工程带入初始开掘断面的隧道，进行模拟与分析，将获得的相应工况与已施工现实数据对比分析，达到吻合。
4.将获得的施工过程中的数据与相应的所述已完成数据进行对比，得到比较值，包括：
根据数值模拟分析模型，对现预备开展的工程进行初步断面掘进支护方案模拟。根据分析出的结果，找到支护围岩变形的关键点，进行针对性支护，调整相应的支护方案。
5.根据分析出的结果，找到支护围岩变形的关键点，进行针对性支护，调整相应的支护方案，包括：
随着工程掘进深入，每百米根据现场监测结果对相应的数据更新，模型进一步分析下一个百米工段的围岩支护变形情况，及时调整相应的支护方案变化，始终对模拟中产生围岩变形的关键点进行重点监控。
步骤1中的数据，包括围岩的地质基本信息，隧道的高度，掘进速度以及周边的位置环境，岩层的组成结构以及加固支护参数，受力情况等。
步骤2的具体内容：根据步骤1勘察以及支护设计的参数，对于隧道掘进过程中纵横向岩石层结构进行构建，构建出边坡岩层结构的三维模型图。通过模拟软件将三维图形分割为多个计算单元，通过结构力学方程矩阵方式形成三维数值模拟分析模型。根据三维数值模拟分析模型对高边坡的不同施工过程中岩体移动、应力、应力变化情况进行分析与预测。
在实现步骤2中建立的所述三维数值模拟分析模型之后以及实现步骤1前，需要对所建立的隧道的关键点进行监测数据，从而实现对高边坡的先期的不同时段的施工过程中岩体移动、应力以及受力的变化进行监测，并最终将测得的数据传输给数值模型分析的模拟中。
需要说明的是：本发明中实现步骤1的监测观测地点如图1所示。
在施工过程中的三级预警状态判定表
步骤5的实现具体内容如下
1.如果步骤1的模拟结果，与相关实际工程吻合或者满足相关工程的90％的参数阈值的时候进行步骤5。
2.在步骤5的实现过程中，由隧道监测过程中监测的结果与开工前的模拟结果进行比对，当满足其阈值的吻合度达到90％时，确定支护的防护达到相应的强度范围，进行下一阶段的模拟。
3.在步骤5的实现过程中，隧道监测过程中监测的结果与开工前的模拟结果进行比对，当满足其阈值的吻合度低于90％时，需要对相关的支护工程进行检测，解决相关支护可能存在的相关问题，从而进行再次监测，进而达到相应的阈值的吻合度达到90％时进行下一步模拟。
4.根据前一阶段的模拟结果对下阶段施工的过程中进行关键监控点进行模拟，并对下阶段的支护工程进行模拟，分析得出下阶段最佳的支护方案的监测值。
5.当监测值与模拟值相差吻合度相差低于60％时，这个说明模拟结果与实际相差过大，很有可能时由于模拟模型的不健全导致的相关模拟数据并不完全符合工程实际，需要重新根据工程现场的相关数据进行重新建模分析。
本发明专利的优点包括：
1.高效的将相关力学稳定性研究成果及计算方法，通过数值模拟方式引入隧道工程的建设中，并有效的提高了工程力学的可靠性。
2.有效的解决了监测点的随意性，通过提前的数值分析，有效的分析出相应工程的支护过程中变形的关键点，并通过模拟的支护结构稳定性，可以分析开挖后支护结构监测数据的可靠性，更容易反应隧道支护后的真实状态。
3.有效的提高了监测数据的利用率，通过三维建模的形式有效的提升了监测数据的可视性，并且提高了监测的效率。
以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易变化或替换，都属于本发明的保护范围之内。因此本发明的保护范围所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种隧道施工围岩变形分析及信息化施工方法，其特征在于，包括：
对待施工的隧道进行初步勘察，得到所述隧道施工的基本信息；
构建分析模型，采用有限元软件对施工过程进行数值模拟，得到所述隧道的变形特征；
读取数据库中已完成同类型施工的数据，通过所述分析模型进行模拟与分析，得到已完成数据；
将获得的施工过程中的数据与相应的所述已完成数据进行对比，得到比较值；
根据分析出的结果，找到支护围岩变形的关键点，进行针对性支护，调整相应的支护方案；
在所述“对待施工的隧道进行初步勘察，得到所述隧道施工的基本信息”前，还包括：
监控量测点位布置的过程：
将所述隧道底部向上分别沿45度夹脚延伸，对称设置3个以上监测点；
3个以上所述监测点的分布是：距所述隧道的竖直方向中线的间隔越来越大。
2.根据权利要求1所述的一种隧道施工围岩变形分析及信息化施工方法，其特征在于，所述“根据分析出的结果，找到支护围岩变形的关键点，进行针对性支护，调整相应的支护方案”后，还包括：
采集每百米现场监测结果，通过所述分析模型获得下一个百米工段的围岩支护变形情况，及时调整相应的支护方案变化，始终对所述围岩变形的关键点进行监控。
3.根据权利要求1所述的一种隧道施工围岩变形分析及信息化施工方法，其特征在于，所述“所述隧道施工的基本信息”包括：围岩的地质基本信息、隧道的高度、掘进速度、所述隧道周边的位置环境、所述隧道的岩层的组成结构、加固支护参数以及所述加固支护的受力情况。
4.根据权利要求1所述的一种隧道施工围岩变形分析及信息化施工方法，其特征在于，所述“构建分析模型，采用有限元软件对施工过程进行数值模拟，得到所述隧道的变形特征”，包括：
根据所述隧道施工的基本信息，由所述隧道掘进过程中的纵横向岩石层结构，构建出边坡岩层结构的三维模型图；
将所述三维模型图分割为多个计算单元，通过结构力学方程矩阵方式形成三维数值模拟分析模型；
根据三维数值模拟分析模型对高边坡的施工过程中岩体移动、应力、应力变化情况进行预测，得到所述隧道的变形特征。
5.根据权利要求1所述的一种隧道施工围岩变形分析及信息化施工方法，其特征在于，所述“将获得的施工过程中的数据与相应的所述已完成数据进行对比”，包括：设定所述施工过程中的数据与相应的所述已完成数据的阈值；
当，所述比较值与所述阈值的吻合度达到90％以上时，无需更改现有的支护方案；
当，所述比较值与所述阈值的吻合度达到60％～90％时，调整现有的支护方案，重新模拟，直到所述比较值与所述阈值的吻合度达到90％以上；
当，所述比较值与所述阈值的吻合度达到60％以下时，根据所述隧道施工的基本信息重新建模。
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