CN113008125A - 一种隧道围岩内部变形监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种隧道围岩内部变形监测方法，属于隧道工程监测技术领域。本发明通过定点式应变感测光缆和金属基索状应变感测光缆进行监测，实现点与线两个方面的位移数据特征监测，同时通过具有多个电极的多芯电缆进行电缆探测，实现各个角度面以及整体立体面的视电阻率的变化监测，可进行点线面体四个方面的变化数据分析，有效的提高隧道围岩变形监测的准确度，降低监测的误差。同时根据得到的点线面体四个方面的变化数据，确定四个层次所对应的围岩松动圈的范围，使得具体使用时能够选取最优松动圈的范围作为最终的松动圈范围，以便根据最优松动圈的范围选取最适配且最合理支护方式进行隧道围岩支护，进而提高了隧道施工时的安全性。
Description
技术领域
本发明涉及隧道工程监测技术领域，具体涉及一种隧道围岩内部变形监测方法。
背景技术
随着国家建设的快速发展，目前的公路、铁路隧道出现了一些新的特点：断面大、隧道长、地质条件复杂，隧道掘进面前方的不良地层条件极易引起隧道塌方、涌水。这些因素不仅在技术上给隧道施工带来极大的困难，也常常因突发事故导致人身伤亡、工期延误，从而造成巨大的经济损失，同时也引起了国家监管部门的高度重视。
目前隧道变形监测方法：1)采用钢尺式收敛计和挂钢尺抄平等接触方式进行量测，该方法具有成本低、操作简单和适应恶劣施工环境的优点。随着越来越多的大跨度隧道的修建，跨度的不断增加使这种监测方法具有明显的局限性，如挂尺困难，对施工干扰大，且难以保证施工变形监测的精度，测量结果容易受人为因素影响。2)非接触三维观测(无尺测量)，实现的方法大致有三种：一、是以多台电子经纬仪为主要设备的三维解析测量；二、是以全站仪为主要设备的三维变形量测；三、是以近景摄影机为主要设备的近景变形量测。但是全站仪法由于基准点的物理状态不够稳定，引起测站点坐标误差很大，而观测过程中又没有进行平差处理，所以观测点的坐标误差＞±1.0mm。对隧道净空变形监测来说，不能满足精度要求，且由于量测人员、测量设备、测试元件等各种客观的外界条件等原因，现场获得的第一手数据不可避免地存在各种误差或错误。
此外，隧道围岩松动圈与支护理论紧密联系，因此准确判断松动圈的范围非常重要。松动圈具有一定的形状，当围岩各向同性时，如果垂直应力与水平应力相等，则为圆形松动圈，否则为椭圆形，且椭圆的长轴与主应力方向垂直；如果围岩非同性，在岩石强度低的层位将产生较大的松动圈。现有的隧道变形监测方法在进行松动圈测试时，普遍采用的是声波法、多点位移计法、地震波法、地质雷达法和渗透法等方法。这些方法在使用时，只能单一进行测试，并且还存在着数据采集速度慢、费用高或操作困难等缺点。进而无法准确的确定松动圈，无法为优化支护方式提供准确的依据支撑。因此，提出一种隧道围岩内部变形监测方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于：如何解决更准确地确定松动圈的范围，从而为优化支护方式提供准确的依据支撑，提供了一种隧道围岩内部变形监测方法***。
本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的，本发明包括以下步骤：
S1：埋设观测线束
将预先配置的观测线束埋设于测试区域内，其中所述观测线束包括连接在PVC管上应变光缆、探测电缆，所述应变光缆包括定点式应变感测光缆、金属基索状应变感测光缆，所述探测电缆为带有多个电极的多芯电缆；
S2：获取位移数据及视电阻率数据并处理
在隧道围岩产生变形时，应变光缆采集变形时所产生的相应的点式应变量和连续式应变量，获得应变光缆沿观测线方向上各点以及整个光缆线的位移数据特征，探测电缆根据电极信号采集电流变化，获得探测电缆所处地电场的各个角度的视电阻率剖面图，并根据各个角度的视电阻率剖面图，确定观测线束所处空间的立体面的视电阻率剖面图；
S3：获取位移变化情况与视电阻率变化情况
将首次获得的位移数据特征与地电场的视电阻率剖面图作为原始数据，将后期获得的位移数据特征与地电场的视电阻率剖面图作为对比数据，将后期数据与原始数据进行作差比较，根据比较结果，确定应变光缆上各点所处位置的位移变化情况、整个光缆线所处位置的位移变化情况、探测电缆的各个角度面的视电阻率变化情况以及探测电缆所处空间的立体面视电阻率变化情况；
S4：分析测试区域变形情况
根据确定的应变光缆上各点所处位置的位移变化情况、整个光缆线所处位置的位移变化情况、探测电缆的各个角度面的视电阻率变化情况以及探测电缆所处空间的立体面视电阻率变化情况，分析测试区域的变形情况。
更进一步地，在所述步骤S1中，将预先配置的观测线束埋设于测试区域内的具体过程如下：
S11：对测试区域进行钻孔，形成线束放置孔；
S12：将预先配置的观测线束放置于线束放置孔内；
S13：将观测线束放置于线束放置孔内后，对线束放置孔进行注浆封堵。
更进一步地，所述步骤S11的具体过程为：
S111：对测试区域进行纵向钻孔，形成纵向孔道；
S112：在纵向钻孔完毕后，对纵向孔道的底部、中部和/或顶部进行至少一次的横向钻孔，形成至少一个横向孔道。
更进一步地，所述纵向孔道与所述横向孔道之间形成T字形结构、工字形结构或者非字形结构。
更进一步地，在所述步骤S2中，获取位移数据的具体过程如下：
S211：使用BOFDA数据采集装置分别采集定点式应变感测光缆、金属基索状应变感测光缆采集的测试数据；
S212：当隧道围岩产生变形时，观测线束将随着围岩的形变发生同步变形，观测线束内的定点式应变感测光缆、金属基索状应变感测光缆产生相应的点式应变量和连续式应变量，根据该点式应变量和连续式应变量获得应变光缆沿观测线方向上各点以及整个光缆线的位移数据特征。
更进一步地，在所述步骤S2中，获取视电阻率数据的具体过程如下：
S221：使用并行电法仪，采集单极供电、偶极子供电方式进行探测电缆中电极的电流进行采集，并根据电极供电特征，置换数据反演文本格式，建立地电场空间坐标，并开展网格划分，单元格划分为矩形网络，借助数据反演软件，通过有限元法计算测试区域模型相应数据；
S222：对比实测视电阻率和计算视电阻率，取最小误差解析，获得网格单元内反演视电阻率情况，并根据该视电阻率情况绘制观测线束所处地电场的各个角度的视电阻率剖面图，并根据各个角度的视电阻率剖面图，绘制观测线束所处空间的立体面的视电阻率剖面图。
更进一步地，所述步骤S4还包括以下步骤：
S41：根据确定的应变光缆上各点所处位置的位移变化情况、整个光缆线所处位置的位移变化情况，确定应变光缆所对应的隧道围岩松动圈的范围；并根据探测电缆的各个角度面的视电阻率变化情况以及探测电缆所处空间的立体面视电阻率变化情况，确定探测光缆所对应的隧道围岩松动圈的范围；
S42：对比步骤S41中得到的松动圈的范围，取最大值的松动圈的范围作为最终松动圈的范围；
S43：根据得到的最终松动圈的范围，选择对应的支护方式对隧道围岩进行支护。
更进一步地，在所述步骤S41中，松动圈分为点、线层次松动圈与面、体层次松动圈，确定松动圈的范围的具体过程如下：
S411：确定点、线层次松动圈的范围
分别利用定点式应变感测光缆、金属基索状应变感测光缆监测隧道围岩变形，再利用光纤应变解调仪自动得出不同点、不同线位置的位移量值，得到某钻孔方向下包含至少10个工作日的点、线层次下不同孔深的位移量分布图，通过观察孔深与拉应变关系，当位移量在对应范围内显著变化，且随时间逐步增大，判定该孔深值为隧道围岩松动圈的范围；
S421：确定面、体层次松动圈的范围
利用高密度电阻率监测***和电法处理软件对获取的视电阻率数据进行正演、反演，将其结果绘制成不同孔深下各个角度面以及整体立体面的视电阻率分布图，再针对实际工程中不同围岩岩体视电阻率的变化范围，结合实际监测结果确定隧道围岩松动圈的分界，则确定该分界值为隧道围岩松动圈的范围。
更进一步地，在解编数据时，对数据异常点以及数据采集全区段异常时间下的采集数据进行剔除，并对剩余的正常数据按照预定格式进行文件格式转换。
本发明相比现有技术具有以下优点：
1、该隧道围岩内部变形监测方法，通过定点式应变感测光缆和金属基索状应变感测光缆进行监测，实现了点与线两个方面的位移数据特征监测，同时通过具有多个电极的多芯电缆进行电缆探测，实现了各个角度面以及整体立体面的视电阻率的变化监测，从而综合分析时，可进行点线面体四个方面的变化数据分析，有效的提高了隧道围岩变形监测的准确度，降低了监测的误差；
2、该隧道围岩内部变形监测方法，通过得到点线面体四个方面的变化数据，确定四个层次所对应的围岩松动圈的范围，使得具体使用时能够选取最优的松动圈的范围作为最终的松动圈的范围，以便根据最优的松动圈的范围优化支护方式，从而得到最适配且最合理的支护方式进行支护，进而大大的提高了施工时的安全性。
附图说明
图1是本发明实施例中隧道围岩内部变形监测方法的流程示意图；
图2是本发明实施例中确定支护方式的流程示意图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，本实施例提供一种技术方案：一种隧道围岩内部变形监测方法，包括以下步骤：
步骤S101：将预先配置的观测线束埋设于测试区域钻孔内，其中，所述观测线束由应变光缆、探测电缆固定于PVC管上形成，所述应变光缆为定点式应变感测光缆和金属基索状应变感测光缆，所述探测电缆为带有多个电极的多芯电缆；
步骤S102：在隧道围岩产生变形时，观测线束内的应变光缆采集变形时所产生的相应的点式应变量和连续式应变量，获得应变光缆沿观测线方向上各定点以及整个光缆的位移数据特征，观测线束内的探测电缆根据电极信号采集探测电缆电流变化，获得观测线束所处地电场的各个角度的视电阻率剖面图，并根据各个角度的视电阻率剖面图，确定观测线束所处空间的立体面的视电阻率剖面图；
步骤S103：将第一次获得的位移数据特征与地电场的视电阻率剖面图作为原始数据，将后期获得的位移数据特征与地电场的视电阻率剖面图作为对比数据，对比数据与原始数据进行作差比较，并根据比较结果，确定应变光缆上各定点所处位置的位移变化情况、整个光缆线所处位置的位移变化情况、探测电缆的各个角度面的视电阻率变化情况以及探测电缆所处空间的立体面视电阻率变化情况；
步骤S104：根据确定的应变光缆上各定点所处位置的位移变化情况、整个光缆线所处位置的位移变化情况、探测电缆的各个角度面的视电阻率变化情况以及探测电缆所处空间的立体面视电阻率变化情况，综合分析隧道围岩的测试区域的变形情况。
借助于上述技术方案，本发明通过定点式应变感测光缆和金属基索状应变感测光缆进行监测，实现了点与线两个方面的位移数据特征监测，同时通过具有多个电极的多芯电缆进行电缆探测，实现了各个角度面以及整体立体面的视电阻率的变化监测，从而综合分析时，可进行点线面体四个方面的变化数据分析，有效的提高了隧道围岩变形监测的准确度，降低了监测的误差。
此外，如图2所示，在实际使用时，上述隧道围岩内部变形监测方法还可包括以下步骤：
步骤S201：根据确定的应变光缆上各定点所处位置的位移变化情况、整个光缆线所处位置的位移变化情况，确定应变光缆所对应的隧道围岩松动圈的范围；
点、线层次松动圈的范围确定是分别利用定点式应变感测光缆、金属基索状应变感测光缆监测隧道围岩变形，再利用fTB2505光纤应变解调仪自动得出不同点、不同线位置的位移量值，最终得到某钻孔方向下包含至少10个工作日的点、线层次下不同孔深的位移量分布图，再通过观察图中多少孔深时，出现较大拉应变，并且位移量在该范围内变化显著，且随时间逐步增大，由此可以判断，该孔深值就是围岩松动圈的范围。
步骤S202：并根据探测电缆的各个角度面的视电阻率变化情况以及探测电缆所处空间的立体面视电阻率变化情况，确定探测光缆所对应的隧道围岩松动圈的范围；
面、体层次松动圈的范围确定是利用高密度电阻率监测***和专业的电法处理软件对获取的视电阻率数据进行正演、反演，将其结果绘制成不同孔深下各个角度面以及整体立体面的视电阻率分布图，再针对实际工程中不同围岩岩体视电阻率的变化范围，结合实际监测结果，从而确定围岩松动圈的分界，则该分界值就是该隧道围岩松动圈的范围。例如砂岩的电阻率约为100～1000Ω.m，结合实际监测结果后，可以将1000Ω.m作为松动圈的分界，再结合视电阻率分布图，从而圈定出围岩松动圈的范围。
步骤S203：对比所得的松动圈的范围，一般取最大值的松动圈的范围作为最终松动圈的范围；
首先对比所得的某钻孔方向下不同监测层次的松动圈的范围，一般取最大值的松动圈的范围作为该钻孔方向下最终松动圈的范围，但当最大值与最小值的差值超过30％时，需要检查电缆、光缆线路是否正常，若线路正常，则对该钻孔再进行至少10个工作日的变形监测，再分析其松动圈的范围，反之则需维修线路后再进行监测分析；再对比所得的不同钻孔方向下松动圈的范围，一般取最大值的松动圈的范围作为围岩最终松动圈的范围，但当最大值与最小值的差值超过60％时，分析围岩是否各向非同性，若是则依然取最大值，反之则再进行至少10个工作日的变形监测，再分析其围岩最终松动圈的范围。
步骤S204：根据得到的最终松动圈的范围，优化支护方式对隧道围岩进行支护。
目前隧道工程中，大多数都采用复合式衬砌支护结构，在实际工程中锚杆直径和长度、初期支护喷射混凝土厚度、二次衬砌厚度等多项重要支护参数，一般都是通过围岩分级来确定的，但该方法误差较大，容易造成喷层厚脆性大、造价高、施工难、不安全等问题。因此根据松动圈范围对重要支护参数进行优化意义重大。当松动圈范围小于等于2m时，选择3m长的Φ22mm中空注浆锚杆、15cm厚度的C25早强喷射混凝土、35cm厚度的C30钢筋混凝土；当松动圈范围2～3m时，选择3m长的Φ25mm中空注浆锚杆、20cm厚度的C25早强喷射混凝土、40cm厚度的C30钢筋混凝土；当松动圈范围3～4m时，选择3.5m长的Φ25mm中空注浆锚杆、22cm厚度的C25早强喷射混凝土、45cm厚度的C30钢筋混凝土；当松动圈范围4～5m时，选择3.5m长的Φ25mm中空注浆锚杆、26cm厚度的C25早强喷射混凝土、55cm厚度的C30钢筋混凝土；当松动圈范围5～6.5m时，选择4.5m长的Φ25mm中空注浆锚杆、28cm厚度的C25早强喷射混凝土、65cm厚度的C30钢筋混凝土；当松动圈范围大于等于6.5m时，此处围岩变形较大，施工风险大，需要再根据围岩情况、施工方法和难度对支护方式再进行优化，但不应低于5m长的Φ25mm或4.5m长的Φ28mm的中空注浆锚杆、30cm厚度的C25早强喷射混凝土、80cm厚度的C30钢筋混凝土。另外上述结果可根据实际工程中造价、施工方法和难度等因素再优化。
借助于上述技术方案，本发明通过得到点线面体四个方面的变化数据，确定四个层次所对应的围岩松动圈的范围，使得具体使用时能够选取最优的松动圈的范围作为最终的松动圈范围，以便根据最优的松动圈的范围优化支护方式，从而得到最适配且最合理的支护方式进行支护，进而大大的提高了施工时的安全性。
另外，在实际应用时，在将预先配置的观测线束埋设于测试区域钻孔内时，可采用以下方式进行实现：对测试区域进行钻孔，形成线束放置孔；将预先配置的观测线束放置于线束放置孔内；并观测线束放置于线束放置孔内后，对线束放置孔进行注浆封堵，使得观测线束与隧道围岩全面耦合。
为了降低注浆后的观测线束在实际使用时因整体重力而出现沉降问题，可在钻孔时实现横向与纵向结合的方式进行钻孔，以保证注浆后，整体具备横向侧面的应力，以减缓降低只有纵向结构时所产生的沉降问题。具体的，在对欲测隧道围岩区域进行纵向钻孔，形成纵向孔道；并在纵向钻孔完毕后，对纵向孔道的底部、中部和/或顶部进行至少一次的横向钻孔，形成至少一个横向孔道。
具体应用时，所述纵向孔道的深度小于或等于10米。而纵向孔道与横向孔道之间所形成的结构可以为T字形结构，也可以为工字形结构，还可以为非字形结构。当然，在实际应用时，也可采用其他类似结构，只要具备横向与纵向应力面即可，对于横向孔道来说，在实际钻孔时，其孔径应大于等于纵向孔道的孔径，优选的，横向孔径大于纵向孔径，以保证注浆凝固后，横向的应力面大于纵向的应力面。
而为了更好的对光缆与电缆进行安装，还可在所述PVC管表面具有三条纵向开槽，所述定点式应变感测光缆、金属基索状应变感测光缆以及探测电缆分别置于开槽内。而所述定点式应变感测光缆与金属基索状应变感测光缆的底部则采用U形焊接方式连接。
另外，在具体实施时，在隧道围岩产生变形时，可通过如下方式获得位移数据特征和视电阻率剖面图：
对于定点式应变感测光缆和金属基索状应变感测光缆的位移数据特征来说，可使用BOFDA(布里渊光频域分析仪)数据采集装置分别采集定点式应变感测光缆、金属基索状应变感测光缆采集的测试数据，当隧道围岩产生变形时，观测线束将随着围岩的形变发生同步变形，观测线束内的定点式应变感测光缆、金属基索状应变感测光缆产生相应的点式应变量和连续式应变量，根据该点式应变量和连续式应变量获得应变光缆沿观测线方向上各点以及整个光缆的位移数据特征；
而对于探测电缆的视电阻率剖面图来说，可使用并行电法仪，采集单极供电、偶极子供电方式进行探测电缆中电极的电流进行采集，并根据电极供电特征，置换数据反演文本格式，建立地电场空间坐标，并开展网格划分，单元格划分为矩形网络，借助数据反演软件，通过有限元法计算测试区域模型相应数据，之后对比实测视电阻率和计算视电阻率，取最小误差解析，获得网格单元内反演视电阻率情况，并根据该视电阻率情况绘制观测线束所处地电场的各个角度的视电阻率剖面图，并根据各个角度的视电阻率剖面图，绘制观测线束所处空间的立体面的视电阻率剖面图。
在上述技术方案中，为了数据的准确率，在数据分析时，可对数据进行预先处理，如：在解编数据时，对数据异常点以及数据采集全区段异常时间下的采集数据进行剔除，并剩余的正常数据按照预定格式进行文件格式转换。
综上所述，本实施例的隧道围岩内部变形监测方法，通过定点式应变感测光缆和金属基索状应变感测光缆进行监测，实现了点与线两个方面的位移数据特征监测，同时通过具有多个电极的多芯电缆进行电缆探测，实现了各个角度面以及整体立体面的视电阻率的变化监测，从而综合分析时，可进行点线面体四个方面的变化数据分析，有效的提高了隧道围岩变形监测的准确度，降低了监测的误差；同时，通过得到点线面体四个方面的变化数据，确定四个层次所对应的围岩松动圈的范围，使得具体使用时能够选取最优的松动圈的范围作为最终的松动圈范围，以便根据最优的松动圈的范围优化支护方式，从而得到最适配且最合理的支护方式进行支护，进而大大的提高了施工时的安全性。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (9)
1.一种隧道围岩内部变形监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：埋设观测线束
将预先配置的观测线束埋设于测试区域内，其中所述观测线束包括连接在PVC管上应变光缆、探测电缆，所述应变光缆包括定点式应变感测光缆、金属基索状应变感测光缆，所述探测电缆为带有多个电极的多芯电缆；
S2：获取位移数据及视电阻率数据并处理
在隧道围岩产生变形时，应变光缆采集变形时所产生的相应的点式应变量和连续式应变量，获得应变光缆沿观测线方向上各点以及整个光缆线的位移数据特征，探测电缆根据电极信号采集电流变化，获得探测电缆所处地电场的各个角度的视电阻率剖面图，并根据各个角度的视电阻率剖面图，确定观测线束所处空间的立体面的视电阻率剖面图；
S3：获取位移变化情况与视电阻率变化情况
将首次获得的位移数据特征与地电场的视电阻率剖面图作为原始数据，将后期获得的位移数据特征与地电场的视电阻率剖面图作为对比数据，将后期数据与原始数据进行作差比较，根据比较结果，确定应变光缆上各点所处位置的位移变化情况、整个光缆线所处位置的位移变化情况、探测电缆的各个角度面的视电阻率变化情况以及探测电缆所处空间的立体面视电阻率变化情况；
S4：分析测试区域变形情况
根据确定的应变光缆上各点所处位置的位移变化情况、整个光缆线所处位置的位移变化情况、探测电缆的各个角度面的视电阻率变化情况以及探测电缆所处空间的立体面视电阻率变化情况，分析测试区域的变形情况。
2.根据权利要求1所述的一种隧道围岩内部变形监测方法，其特征在于：在所述步骤S1中，将预先配置的观测线束埋设于测试区域内的具体过程如下：
S11：对测试区域进行钻孔，形成线束放置孔；
S12：将预先配置的观测线束放置于线束放置孔内；
S13：将观测线束放置于线束放置孔内后，对线束放置孔进行注浆封堵。
3.根据权利要求2所述的一种隧道围岩内部变形监测方法，其特征在于：所述步骤S11的具体过程为：
S111：对测试区域进行纵向钻孔，形成纵向孔道；
S112：在纵向钻孔完毕后，对纵向孔道的底部、中部和/或顶部进行至少一次的横向钻孔，形成至少一个横向孔道。
4.根据权利要求3所述的一种隧道围岩内部变形监测方法，其特征在于：所述纵向孔道与所述横向孔道之间形成T字形结构、工字形结构或者非字形结构。
5.根据权利要求1所述的一种隧道围岩内部变形监测方法，其特征在于：在所述步骤S2中，获取位移数据的具体过程如下：
S211：使用BOFDA数据采集装置分别采集定点式应变感测光缆、金属基索状应变感测光缆采集的测试数据；
S212：当隧道围岩产生变形时，观测线束将随着围岩的形变发生同步变形，观测线束内的定点式应变感测光缆、金属基索状应变感测光缆产生相应的点式应变量和连续式应变量，根据该点式应变量和连续式应变量获得应变光缆沿观测线方向上各点以及整个光缆线的位移数据特征。
6.根据权利要求1所述的一种隧道围岩内部变形监测方法，其特征在于：在所述步骤S2中，获取视电阻率数据的具体过程如下：
S221：使用并行电法仪，采集单极供电、偶极子供电方式进行探测电缆中电极的电流进行采集，并根据电极供电特征，置换数据反演文本格式，建立地电场空间坐标，并开展网格划分，单元格划分为矩形网络，借助数据反演软件，通过有限元法计算测试区域模型相应数据；
S222：对比实测视电阻率和计算视电阻率，取最小误差解析，获得网格单元内反演视电阻率情况，并根据该视电阻率情况绘制观测线束所处地电场的各个角度的视电阻率剖面图，并根据各个角度的视电阻率剖面图，绘制观测线束所处空间的立体面的视电阻率剖面图。
7.根据权利要求1所述的一种隧道围岩内部变形监测方法，其特征在于：所述步骤S4还包括以下步骤：
S41：根据确定的应变光缆上各点所处位置的位移变化情况、整个光缆线所处位置的位移变化情况，确定应变光缆所对应的隧道围岩松动圈的范围；并根据探测电缆的各个角度面的视电阻率变化情况以及探测电缆所处空间的立体面视电阻率变化情况，确定探测光缆所对应的隧道围岩松动圈的范围；
S42：对比步骤S41中得到的松动圈的范围，根据最大值的松动圈的范围确定最终松动圈的范围；
S43：根据得到的最终松动圈的范围，选择对应的支护方式对隧道围岩进行支护。
8.根据权利要求7所述的一种隧道围岩内部变形监测方法，其特征在于：在所述步骤S41中，松动圈分为点、线层次松动圈与面、体层次松动圈，确定松动圈的范围的具体过程如下：
S411：确定点、线层次松动圈的范围
分别利用定点式应变感测光缆、金属基索状应变感测光缆监测隧道围岩变形，再利用光纤应变解调仪自动得出不同点、不同线位置的位移量值，得到某钻孔方向下包含至少10个工作日的点、线层次下不同孔深的位移量分布图，观察位移量在对应范围内变化率最快，且随后位移量随时间逐步增大，判定该孔深值为隧道围岩松动圈的初步范围；再观察最后一个工作日下孔深与位移量关系，较大拉应变值出现的范围也是隧道围岩松动圈的初步范围，比较上述两种方法确定的数值，取最大值作为隧道围岩松动圈的范围；
S421：确定面、体层次松动圈的范围
利用高密度电阻率监测***和电法处理软件对获取的视电阻率数据进行正演、反演，将其结果绘制成不同孔深下各个角度面以及整体立体面的视电阻率分布图，再针对实际工程中不同围岩岩体视电阻率的变化范围，结合实际监测结果确定隧道围岩松动圈的分界，则确定该分界值为隧道围岩松动圈的范围。
9.根据权利要求1所述的一种隧道围岩内部变形监测方法，其特征在于：在解编数据时，对数据异常点以及数据采集全区段异常时间下的采集数据进行剔除，并对剩余的正常数据按照预定格式进行文件格式转换。
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113418966A (zh) * | 2021-06-28 | 2021-09-21 | 北京科技大学 | 基于直流电法探测的巷道松动圈范围无损测试方法及*** |
| CN113655541A (zh) * | 2021-08-11 | 2021-11-16 | 中国矿业大学 | 基于定向钻-探-测一体化的水下盾构隧道安全保障方法 |
| CN115201815A (zh) * | 2022-07-04 | 2022-10-18 | 沈阳工业大学 | 一种深埋隧道围岩介电特性反演与松动圈范围识别方法 |
| CN116428011A (zh) * | 2023-04-25 | 2023-07-14 | 成都零一通途科技有限公司 | 一种隧道施工安全风险智能监测预警*** |
Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN201401174Y (zh) * | 2009-03-17 | 2010-02-10 | 安徽理工大学 | 高密度电阻率监测围岩松动圈的*** |
| CN103790582A (zh) * | 2014-01-26 | 2014-05-14 | 北京雷雨达科技有限公司 | 地应力测量设备及方法 |
| CN106772678A (zh) * | 2016-12-16 | 2017-05-31 | 安徽理工大学 | 一种岩层变形破坏特征的井孔多参量探查方法 |
| CN106989687A (zh) * | 2017-04-27 | 2017-07-28 | 安徽理工大学 | 围岩测试方法及测试*** |
| CN107024183A (zh) * | 2017-06-01 | 2017-08-08 | 安徽理工大学 | 巷道围岩松动圈范围测试方法及*** |
| US20180202283A1 (en) * | 2015-09-02 | 2018-07-19 | Halliburton Energy Services, Inc. | Multi-parameter optical fiber sensing for reservoir compaction engineering |
| CN108802193A (zh) * | 2018-03-30 | 2018-11-13 | 中国平煤神马能源化工集团有限责任公司 | 一种巷道围岩松动圈的探测设备及探测方法 |
| CN110174463A (zh) * | 2018-10-09 | 2019-08-27 | 天地科技股份有限公司 | 一种工作面三向采动应力场的无损定量测试方法 |
| CN111599137A (zh) * | 2020-06-12 | 2020-08-28 | 安徽理工大学 | 地下工程围岩稳定性多物理场监测预警***及方法 |
| CN111596377A (zh) * | 2020-04-14 | 2020-08-28 | 北京交通大学 | 一种高地应力软岩隧道松动圈的联合测试方法 |
| CN111861042A (zh) * | 2020-08-03 | 2020-10-30 | 安徽理工大学 | 一种断层活化多场观测及预测的室内试验装置和方法 |
-
2021
- 2021-02-25 CN CN202110211881.1A patent/CN113008125A/zh active Pending
Patent Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN201401174Y (zh) * | 2009-03-17 | 2010-02-10 | 安徽理工大学 | 高密度电阻率监测围岩松动圈的*** |
| CN103790582A (zh) * | 2014-01-26 | 2014-05-14 | 北京雷雨达科技有限公司 | 地应力测量设备及方法 |
| US20180202283A1 (en) * | 2015-09-02 | 2018-07-19 | Halliburton Energy Services, Inc. | Multi-parameter optical fiber sensing for reservoir compaction engineering |
| CN106772678A (zh) * | 2016-12-16 | 2017-05-31 | 安徽理工大学 | 一种岩层变形破坏特征的井孔多参量探查方法 |
| CN106989687A (zh) * | 2017-04-27 | 2017-07-28 | 安徽理工大学 | 围岩测试方法及测试*** |
| CN107024183A (zh) * | 2017-06-01 | 2017-08-08 | 安徽理工大学 | 巷道围岩松动圈范围测试方法及*** |
| CN108802193A (zh) * | 2018-03-30 | 2018-11-13 | 中国平煤神马能源化工集团有限责任公司 | 一种巷道围岩松动圈的探测设备及探测方法 |
| CN110174463A (zh) * | 2018-10-09 | 2019-08-27 | 天地科技股份有限公司 | 一种工作面三向采动应力场的无损定量测试方法 |
| CN111596377A (zh) * | 2020-04-14 | 2020-08-28 | 北京交通大学 | 一种高地应力软岩隧道松动圈的联合测试方法 |
| CN111599137A (zh) * | 2020-06-12 | 2020-08-28 | 安徽理工大学 | 地下工程围岩稳定性多物理场监测预警***及方法 |
| CN111861042A (zh) * | 2020-08-03 | 2020-10-30 | 安徽理工大学 | 一种断层活化多场观测及预测的室内试验装置和方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 王春来等, 冶金工业出版社 * |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113418966A (zh) * | 2021-06-28 | 2021-09-21 | 北京科技大学 | 基于直流电法探测的巷道松动圈范围无损测试方法及*** |
| CN113418966B (zh) * | 2021-06-28 | 2022-02-11 | 北京科技大学 | 基于直流电法探测的巷道松动圈范围无损测试方法及*** |
| CN113655541A (zh) * | 2021-08-11 | 2021-11-16 | 中国矿业大学 | 基于定向钻-探-测一体化的水下盾构隧道安全保障方法 |
| CN113655541B (zh) * | 2021-08-11 | 2022-04-29 | 中国矿业大学 | 基于定向钻-探-测一体化的水下盾构隧道安全保障方法 |
| CN115201815A (zh) * | 2022-07-04 | 2022-10-18 | 沈阳工业大学 | 一种深埋隧道围岩介电特性反演与松动圈范围识别方法 |
| CN115201815B (zh) * | 2022-07-04 | 2024-04-26 | 沈阳工业大学 | 一种深埋隧道围岩介电特性反演与松动圈范围识别方法 |
| CN116428011A (zh) * | 2023-04-25 | 2023-07-14 | 成都零一通途科技有限公司 | 一种隧道施工安全风险智能监测预警*** |
| CN116428011B (zh) * | 2023-04-25 | 2023-11-17 | 成都零一通途科技有限公司 | 一种隧道施工安全风险智能监测预警*** |
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