CN114320311A - 一种基于围岩等级的区间暗挖方法及支护架构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于围岩等级的区间暗挖方法及支护架构，所述方法至少包括：第一处理单元依据所述第一采集单元获取的超前地质预报而建立待开挖隧道基于围岩等级的隧道开挖工序，并依据建立的隧道开挖工序及围岩等级进行超前支护；第二处理单元基于所述第二采集单元采集的与施工进度相关的围岩等级信息选取实时的施工区域隧道开挖工法；在所述施工区域隧道开挖工法无法匹配至隧道开挖工序中的情况下，所述第一处理单元根据第二采集单元采集的围岩数据更新其建立的隧道开挖工序，且所述开挖单元依据第二采集单元采集的围岩等级信息在其开挖区域以增加主动支护的方式控制隧道围岩的变形量。

Description

一种基于围岩等级的区间暗挖方法及支护架构

技术领域

本发明涉及隧道施工技术领域，尤其涉及一种基于围岩等级的区间暗挖方法及支护架构。

背景技术

当前的围岩分级工作大都集中在隧道勘察设计阶段完成，主要根据勘测阶段得到的地质资料得出围岩分级结果。然而勘察费用巨大、操作困难往往导致所获取的信息不够完整、样本有限且可能存在区域局限性，因此，勘察设计阶段的围岩分级往往只能作为预分级，施工阶段还需根据地质条件的变化对围岩分级进行不断修正。以BQ分级法为例，当前施工阶段隧道围岩分级的核心工作是Rc值和Kv值的现场快速获取。对于Rc值来说，施工阶段多采用回弹仪测量回弹值进行换算，工作繁琐，致使分级工作周期长，且仅靠回弹值显然难以得出准确的岩石单轴抗压强度值；对于Kv值来说，施工阶段多采用数节理数的方式，通过换算公式得出，由于不同观察者对节理的界定存在差别，此种方法受主观影响较大。这就导致施工阶段的围岩分级工作时间长、结果不可靠，从而影响施工进度和施工安全。

中国专利CN110705178A公开了一种基于机器学习的隧道/地铁施工全过程围岩变形动态预测方法，以隧道/地铁统一设计围岩等级区段为研究对象，同时，通过现场监控量测可获取各选取断面的围岩变形收敛值。以所选监测断面为样本，则每个样本中包含了该断面岩体的自然属性指标与围岩变形收敛值。采集已开挖段各量测断面的信息，构成一样本空间。进而直接通过当前掌子面揭露围岩的自然属性来预测其变形收敛值。该发明研究了一种基于机器学习的隧道/地铁施工全过程围岩变形响应预测方法。与之前研究相比，并基于隧道/地铁开挖过程中的先验分布信息，进而构建了围岩变形的响应预测模型。为后续工法变更及支护参数优化提供了直接的数据支撑。该专利仅能够在施工前进行围岩的预测，其获取的数据仅能够作为施工前的预分级，无法在施工过程中结果实际采集的数据进行修正以方便后续建立足够稳定安全的支护体系，且其预测结果存在区域局限性，无法广泛适用于不同的地质施工条件。

因此，需要寻求一种能够在施工阶段获取围岩等级数据以对预先建立的围岩分级结果进行验证和修正，并对基于预先围岩分级选取的开挖工法和支护体系进行调整或补充，从而在隧道掘进过程后期使用过程都能够有效地保证隧道围岩变形可控的隧道暗挖方法和隧道支护架构。

此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于发明人做出本发明时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本发明不具备这些现有技术的特征，相反本发明已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在背景技术中增加相关现有技术之权利。

发明内容

针对现有技术之不足，本发明的技术方案提供的是一种基于围岩等级的区间暗挖方法，其至少包括能够对待开挖隧道区域进行超前地质预报的第一采集单元、根据指令完成隧道开挖操作的开挖单元和能够在隧道开挖过程中获取的实时隧道围岩等级的第二采集单元，所述方法至少包括：第一处理单元依据所述第一采集单元获取的超前地质预报而建立待开挖隧道基于围岩等级的隧道开挖工序，并依据建立的隧道开挖工序及围岩等级进行超前支护；第二处理单元基于所述第二采集单元采集的与施工进度相关的围岩等级信息选取实时的施工区域隧道开挖工法；在所述施工区域隧道开挖工法无法匹配至隧道开挖工序中的情况下，所述第一处理单元根据第二采集单元采集的围岩数据更新其建立的隧道开挖工序，且所述开挖单元依据第二采集单元采集的围岩等级信息在其开挖区域以增加主动支护的方式控制隧道围岩的变形量。其优势在于，通过第二采集单元采集的施工区域实时隧道围岩等级来验证第一采集单元获取的隧道围岩等级是否准确的方式，对预先设定的隧道开挖工序和超前支护架构进行核实或修正，使得在隧道掘进过程中能够始终利用最优的开挖工法和支护结构进行隧道的挖掘操作和围岩支护操作，保证掘进过程的围岩变形的可控性，从而隧道的开挖过程始终处于可控范围之内，实现安全高效的掘进。在进行隧道开挖过程中，开挖单元能够选择性地根据围岩等级调节开挖工法和对应的支护架构，从而对不同地质条件和围岩等级的隧道采取不同的工法进行掘进，并构建出相适配的支护体系，尤其是能够在超前支护的情况下进行有效地增加主动支护，通过联合支护结构的设置，能够充分保证隧道围岩的稳定性，限制了围岩变形随时间的变化度，从而推迟或防止变形破坏的出现，确保隧道能够在设计使用年限或大修周期内保持良好的洞体结构。

根据一种优选的实施方式，所述第一处理单元对其构建的隧道开挖工序进行更新的情况下，所述第一采集单元能够通过对未开挖隧道区域进行二次超前地质预报的方式验证更新后的隧道开挖工序，并依据验证通过后的隧道开挖工序对待开挖区域进行二次超前支护。其优势在于，在第一处理单元输出的结果进行的超前支护后根据实际获取的实际围岩等级信息进行该区段二次超前支护能够弥补初始构建的超前支护的不足，从而能够及时抑制初始变形阶段的变形，避免隧道在初始阶段还未构建出有效地支护结构就发生较大的变形，并有效地控制、推动快速完成急剧变形阶段的发生，使得变形尽快进入到变形减缓阶段。

根据一种优选的实施方式，所述开挖单元能够根据预先建立的隧道开挖工序而对不同隧道区段采用不同开挖工法进行掘进施工和隧道围岩支护，其中，所述开挖工法是按照所述第二采集单元采集隧道待开挖区段的围岩等级信息并输出可采用的开挖工法对建立的隧道开挖工序进行验证的方式进行选择的。其优势在于，开挖工法能够在预先作出施工流程规划的情况下根据实际检测的隧道区段精准围岩等级进行适应性调整，从而能够保证掘进速度的情况下提高掘进的安全性。

根据一种优选的实施方式，所述开挖单元根据待开挖隧道的围岩等级而选择性地采取三台阶法或CD法完成不同区段隧道的掘进操作，在所述开挖单元进行区段隧道的掘进操作时，根据隧道该区域所采用的开挖工法和围岩等级在隧道内构建不同的支护体系，并在隧道内布设能够对围岩变形情况进行监测的隧道监测单元。其优势在于，根据围岩等级分别在Ⅱ及Ⅲ级围岩段采用三台阶法开挖，并采用钢筋网+喷射混凝土+锚杆的支护体系，台阶错距3～5米；Ⅳ级围岩段采用三台阶法开挖，并采用钢格栅+喷射混凝土+钢筋网+锚杆的支护体系，台阶错距3～5米；Ⅴ级围岩段采用CD法开挖，并采用钢格栅+喷射混凝土+钢筋网+锚杆的组合支护体系，左右导洞错距10m以上，每一导洞采用台阶法开挖，台阶错距3～5米。

根据一种优选的实施方式，所述方法还包括围岩变形监测和补充支护，其中，所述围岩变形监测是依据隧道监测单元获取隧道全方位的空间结构数据，并依据获取的数据构建隧道模型以及进行隧道变形分析；在沿时间轴建立的多个隧道模型之间存在差异的情况下，对隧道发生变形的区域进行选择性地补充支护以控制隧道围岩的变形量。

根据一种优选的实施方式，所述隧道监测单元采集的与时间相关的空间结构数据是以隧道围岩的预设变形量为驱动时间进行记录的，且其采样用的预设变形量是随隧道围岩变形剧烈程度而进行可调节设定的。

根据一种优选的实施方式，所述隧道监测单元在监测到隧道围岩发生预设变形量的时间周期缩短时，所述隧道监测单元按照减小预设变形量而缩短采样周期的方式获取表征围岩变形情况的密集空间结构数据。

根据一种优选的实施方式，所述隧道监测单元在检测到隧道围岩发生异常变形和/或过量变形时，其能够在调节采样的预设变形量的同时向至少一个显示终端发出预警信息。

本申请还提供一种基于围岩等级的支护架构，其包括利用前述内容中的区间暗挖方法进行隧道掘进和开挖隧道不同区段围岩等级信息的获取，所述支护架构是根据开挖隧道不同区段所采用的开挖工法和隧道围岩等级而选择性地采用多种支护结构进行构建的，所述支护架构至少包括超前支护、主动支护和二次超前支护操作，其中，在所述超前支护与第二采集单元采集的围岩等级不适配的情况下，通过二次超前支护的方式对支护架构进行补充以控制在掘进过程中隧道围岩的变形量。

根据一种优选的实施方式，所述主动支护至少包括洞身预应力锚杆和高性能喷射混凝土支护，其中，所述主动支护能够在开挖扰动破坏掌子面前一定范围内围岩的原始应力平衡状态时，通过缩短围岩急剧变形时间的方式控制围岩变形。

附图说明

图1是本发明的一种基于围岩等级的区间暗挖方法及支护架构的优选实施例的工作流程示意图。

附图标记列表

1：第一采集采集单元；2：第一处理单元；3：开挖单元；4：第二采集采集单元；5：第二处理单元；6：隧道监测单元；7：显示终端。

具体实施方式

围岩基本变形曲线大致可分为4个阶段。①初始变形阶段，开挖扰动破坏了掌子面前一定范围内围岩的原始应力平衡状态，发生应力调整，引起围岩变形；但由于该部分围岩受周围围岩约束，围岩变形较小。②急剧变形阶段，该阶段初期支护尚未发挥作用，围岩与超前支护共同受力。掌子面附近围岩的应力边界条件急剧变化，临空面上应力降为零，围岩从三向应力状态向单向应力状态转变而强度降低。此阶段变形占总变形主体，若加强超前支护或及时施作初期支护，能显著缩短该阶段。③变形减缓阶段，初期支护开始发挥作用，围岩－超前支护－初期支护协同作用，变形得到遏制，变形速率逐渐降低。若不能及时施作初期支护或初期支护时效性差导致难以及时控制变形，则围岩朝稳定性丧失的趋势发展直至破坏。④变形相对稳定阶段，经应力调整后围岩与支护结构达到平衡，进入稳定状态，基本不再移动。而对于某些软弱围岩，由于地应力持续释放、围岩特殊矿物成分和工程因素等原因，围岩仍持续发生剪胀、蠕变、扩容等小变形。经过长期积累，总变形值达到极限值后逐渐破坏。

优选地，针对具有初始变形大、初期变形速度快、总变形量大、蠕变显著等变形特性的围岩隧道，首先需要及时抑制初始变形阶段的变形，避免隧道在初始阶段还未构建出有效地支护结构就发生较大的变形；其次，有效地控制、推动快速完成急剧变形阶段的发生，使得变形尽快进入到变形减缓阶段。优选地，在变形相对稳定阶段可以根据监测数据进行二次支护和二次衬砌以保证隧道围岩的长期相对稳定，推迟或防止变形破坏的出现，确保隧道能够在设计使用年限或大修周期内保持良好的洞体结构。

(2)联合支护，一次到位。

现有技术中，单一类型的支护很难适应围岩应力的动态变化和强刚度持续衰减等特点，隧道尤其是软弱围岩隧道需采用“锚一网一喷一注浆”联合支护。在支护总量相同的前提下，一次支护可将围岩一次性强化至较高状态；多次支护过程中围岩状态不可避免地衰减。自稳能力较差的围岩，应进行超前支护，或初喷后首先施作短锚杆，使之具备暂时稳定性，为进一步施作长锚杆(索)支护创造条件。

(3)全面支护，局部加强。

软弱围岩隧道拱顶、拱腰及拱墙等钢架连接处混凝土易发生剪切破裂，虽然表现为局部破坏，但实质是围岩整体变形过程中局部变形不均导致，因此隧道应全断面支护，必要时还应增设仰拱封底，形成闭合结构。只加固易破坏部位，属于“头痛医头，脚痛医脚，治标不治本”的做法。对于易诱发隧道整体破坏的关键部位，应理清其主要因素及其致灾机制，采取针对性的局部加强支护和处理措施。例如，围岩松动和膨胀都能引起边墙内鼓。前者仅需锚喷支护封闭围岩、加强锚固，后者则需考虑切断亲水途径、隔水治水。

(4)动态调整，长期监测。

隧道围岩变形直接反映了围岩压力规律，也是判识隧道稳定性的重要依据。变形监测不仅包含隧道洞身变形行为(含初期支护表面变形和深部围岩变形)，还包含掌子面一超前核心土体系的稳定性和变形反应(含预收敛变形、掌子面挤出变形、掌子面稳定性分级)。监测围岩变形和支护结构受力，根据监测修正和完善支护设计，确保施工安全。一方面可优化超前支护的类型、参数和实施，另一方面可判断初期支护的施作时机和是否需要支护补强措施。软弱围岩隧道变形具有长期性，因此施工后需继续进行监测，追踪隧道性能与状态的持续变化，确保隧道全生命周期的安全性。

实施例1

下面结合附图进行详细说明。

本申请提供一种基于围岩等级的区间暗挖方法，其包括第一采集单元1、第一处理单元2、开挖单元3、第二采集单元4、第二处理单元5、隧道监测单元6和显示终端7。

根据图1示出的一种具体实施方式，第一采集单元1可以对以及完成标准化测量和标记的隧道区域进行超前地质预报，并将其获取的超前地质预报传输至第一处理单元2，使得第一处理单元2能够根据接收的数据进行隧道区域地质围岩等级信息的获取并依据围岩等级的分布情况建立供后续施工参考的隧道开挖工序，且根据建立的隧道开挖工序和围岩等级在待开挖隧道内搭建超前支护。开挖单元3能够根据第一处理单元2构建的隧道开挖工序对隧道不同区段采取不同的开挖工法进行掘进操作，并在隧道掘进过程中针对不同的围岩等级增加能够与超前支护进行联合以适应围岩应力的动态变化和强刚度持续衰减的主动支护。在开挖单元3沿设定方向以预设开挖工法进行隧道掘进时，第二采集单元4能够对待开挖隧道的地质进行探测，并将其探测结果传输至第二处理单元5。第二处理单元5能够根据接收的地质信息获取隧道围岩等级，并依据围岩等级输出与该段隧道相适配的开挖工法和支护结构。在第二处理单元5输出的开挖工法与第一处理单元2输出的隧道开挖工序中对应隧道区段的开挖工法相对应时，开挖单元3根据第一处理单元2输出的隧道开挖工序对已完成超前支护的隧道区域进行挖掘。在第二处理单元5输出的开挖工法无法匹配第一处理单元2输出的隧道开挖工序中对应隧道区段的开挖工法时，第一处理单元2根据第二采集单元4采集的围岩数据更新其建立的隧道开挖工序。开挖单元3依据更新后的隧道开挖工序或第二处理单元4输出的区间隧道的开挖工法进行该区段隧道的掘进，开挖单元3依据第二采集单元4采集的围岩等级信息在其开挖区域以增加主动支护的方式控制隧道围岩的变形量。通过第二采集单元4采集的施工区域实时隧道围岩等级来验证第一采集单元1获取的隧道围岩等级是否准确的方式，对预先设定的隧道开挖工序和超前支护架构进行核实或修正，使得在隧道掘进过程中能够始终利用最优的开挖工法和支护结构进行隧道的挖掘操作和围岩支护操作，保证掘进过程的围岩变形的可控性，从而隧道的开挖过程始终处于可控范围之内，实现安全高效的掘进。在进行隧道开挖过程中，开挖单元3能够选择性地根据围岩等级调节开挖工法和对应的支护架构，从而对不同地质条件和围岩等级的隧道采取不同的工法进行掘进，并构建出相适配的支护体系，尤其是能够在超前支护的情况下进行有效地增加主动支护，通过联合支护结构的设置，能够充分保证隧道围岩的稳定性，限制了围岩变形随时间的变化度，从而推迟或防止变形破坏的出现，确保隧道能够在设计使用年限或大修周期内保持良好的洞体结构。

优选地，在第一处理单元2依据第二采集单元4采集地质数据对其构建的隧道开挖工序进行更新的情况下，第一采集单元1能够同步地通过对未开挖隧道区域进行二次超前地质预报的方式验证更新后的隧道开挖工序，并依据验证通过后的隧道开挖工序对待开挖区域需要增强支护的隧道区段进行二次超前支护。通过依据施工过程中实时采集的地质数据和围岩等级，对初始探测的围岩等级进行验证和修正，从而能够准确地调整预设的隧道开挖工序和超前支护架构，使得隧道开挖工程能够快速稳定地完成施工。优选地，隧道开挖工序是指根据待开挖隧道不同区段的围岩等级而选取与该段隧道适配的开挖工法并将多种开挖工法有序排列形成操作集。即隧道开挖工序至少包括依据隧道不同区段的围岩等级选取的多种开挖工法有序进行至少部分隧道区域开挖施工的操作步骤。优选地，多个与区段隧道围岩等级相关联的开挖工法以区段隧道对接形成隧道模型的方式将多种与区段隧道围岩等级相对应的开挖工法进行有序的拼接并在构建的隧道模型仅进行分段标记。优选地，无法匹配是指根据超前地质预报设置的隧道一区段的开挖工法与在对该同一区段进行掘进前进行实时实地围岩数据采集而输出的开挖工法不一致，两个开挖工法不相同，则实时输出的开挖工法即无法匹配至开挖工序中。优选地，匹配操作即在施工过程中，根据对待挖区段进行围岩数据采集计算其实时的围岩等级并依据计算得到的围岩等级输出开挖工法，并将输出的开挖工法与开挖工序中对应区段的预设开挖工法进行匹配，若同一隧道区段不同时期的两个开挖工法一致则可以直接进行施工操作，若两个开挖工法不一致时，则说明随隧道的掘进施工，同一区段的围岩发生变化或前期超前地质预报的数据存在误差则需要根据实时探测的围岩数据和地质数据对该段隧道的超前支护进行针对性补充后再继续进行掘进操作。

优选地，超前地质预报是通过地质调查、物理探测、超前地质钻探与探孔等综合手段，查清隧道掌子面前方的不良工程和水文地质等信息，提前预警，以便采取针对性的工程技术措施，降低不良地质对轨道交通工程施工造成的危害，保证隧道工程施工的安全质量。第一采集单元1根据工程整体围岩情况等级以及周边环境，采用地质雷达预报手段进行探测，并配合超前地质钻孔，及时掌握岩层及破碎带的规模、性质、稳定性以及地下水情况，从而第一处理单元2根据第一采集单元1获取的待开挖隧道区域地质信息建立针对性、合理性的隧道开挖工序。优选地，超前地质钻探以探测围岩前方岩性、构造和隐含水情况为目的，通过岩性的变化和卡钻、钝钻以及出现漏水情况判断前方地质情况。在钻孔过程中，观察成孔速度、孔渣、孔内水流等判断前方地层是否突变。施工过程中每次***完成后需进行地质素描和地质编录，并分析地质情况，与勘查地质报告和超前地质预报进行对比，从而优化调整支护参数、加快循环进尺、提高施工进度。

优选地，开挖单元3能够根据第一处理单元2预先建立的隧道开挖工序有序地对不同隧道区段采用不同的开挖工法进行掘进施工和隧道围岩支护。具体地，开挖单元3的开挖施工操作是根据预先制定的施工方案进行操作的，其能够在施工操作过程中，根据预先建立的隧道开挖工序对围岩等级不同的隧道区段利用不同的开挖工法进行掘进施工。优选地，开挖单元3选取某一特定区段隧道的开挖工法是按照第二采集单元4采集隧道该待开挖区段的围岩等级信息和输出的可采用开挖工法对预先建立的隧道开挖工序进行验证，从而在第一处理单元2基于围岩等级为该区段隧道所匹配的开挖工法与第二处理单元5对同区段隧道分析得出的开挖工法一致时，通过开挖工法转换的方式持续地完成隧道的掘进工作。优选地，开挖单元3可以是组装的掘进设备和隧道掘进工艺。优选地，在第二处理单元5依据第二采集单元4采集的地质信息而输出的区段隧道开挖工法与第一处理单元2建立的隧道开挖工序中同一段区段的开挖工法不一致时，根据第二采集单元4采集的该区段隧道实际围岩等级对该区段隧道中已搭建的超前支护进行补充，使得该区段隧道围岩能够在开挖过程中始终保持一个相对稳定的状态，为后续掘进过程中搭建主动支护提供充足的施工时间，并能够及时抑制初始变形阶段的变形，避免隧道在初始阶段还未构建出有效地支护结构就发生较大的变形；其次，有效地控制、推动快速完成急剧变形阶段的发生，使得变形尽快进入到变形减缓阶段。

优选地，开挖单元3能够根据被第二处理单元5输出的区段隧道开挖工法验证后的第一处理单元2输出的隧道开挖工序而选择性地对不同区段隧道采取三台阶法、CD法或CRD法进行不同区段隧道的掘进施工操作，并能够在围岩等级发生变化的隧道区段交接处利用第二采集单元4对下一待开挖区段隧道的围岩实际等级进行采集确认后根据修正后的隧道开挖工序进行开挖工法的转换，从而完成连续的多个区段隧道的掘进操作。

优选地，在开挖单元3进行区段隧道的掘进操作时，根据隧道该区域所采用的开挖工法和围岩等级在隧道内构建不同的支护体系，并在隧道内布设能够对围岩变形情况进行监测的隧道监测单元6。隧道监测单元6通过对隧道全方位的空间结构进行监控并生成空间结构数据，从而对整个隧道空间的围岩变形和支护变形进行监测，进而利用采集的空间结构数据构建出随时间推移的隧道模型，并利用沿时间轴建立的多个有序排列的隧道模型进行对比的方式完成隧道变形分析，从而能够在围岩和支护结构发生异常变形的区段隧道进行更加频繁准确地监测，并提示施工维护人员对异常变形区域做出针对性的补充支护。即在沿时间轴建立的多个隧道模型之间存在差异的情况下，对隧道发生变形的区域进行选择性地补充支护以控制隧道围岩的变形量。优选地，隧道监测单元6采集地与时间相关的空间结构数据是以隧道围岩的预设变形量为驱动时间进行记录的，且其采样用的预设变形量是随隧道围岩变形剧烈程度而进行可调节设定的。优选地，隧道监测单元6在监测到隧道围岩发生预设变形量的时间周期缩短时，隧道监测单元6按照减小预设变形量而缩短采样周期的方式获取表征围岩变形情况的密集空间结构数据。进一步优选地，隧道监测单元6在检测到隧道围岩发生异常变形和/或过量变形时，其能够在调节采样的预设变形量的同时向至少一个显示终端7发出预警信息。

优选地，隧道监测单元6可以包括三维激光扫描仪和红外线热成像仪。三维激光扫描仪能够对隧道内部进行扫描。实时、准确、全方位获取空间结构数据，进行隧道变形分析，指导隧道信息化施工，从而能及时对隧道的施工进行风险预警预报。扫描过程中对隧道内部进行分段扫描，由三维激光扫描仪所搭载的无线传输装置将实时扫描图片传输到主控模块进行远程获取点云数据；在获取完点云数据后主控模块对数据进行处理并自动生成隧道结构图。另外，所测得的点云数据分别在以各测量站点为原点的相互独立的坐标系中，因此在隧道变形分析时，需要对各测站点数据进行拼接。将生成的隧道截面图与设计规范进行对比，观察其隧道的周边位移、拱顶下沉等位移量是否处于正常状态，当实测数据收敛速率出现反弯点等异常情况时，则说明围岩出现异常性变形，需采取加强支护措施。红外线热成像仪与三维激光扫描仪对隧道内部同时进行监测。红外热像仪是利用红外探测器、光学成像物镜和光机扫描***组成，主要用于接收隧道内各个位置的红外辐射能量分布图，由探测器将红外辐射能转换成电信号，经放大处理、转换或标准视频信号通过显示模块显示红外热像图。显示模块可以是电视屏或监测器等；红外线热成像仪同样利用配备的无线传输装置对传输隧道施工环境。这有利于对隧道内的异常红外辐射(例如突水现象)进行监测。实时扫描图片和红外辐射能量分布图搭配分析，进行形态和能量互补分析，提高了检测能力，从而可以实时、全方位检测。

实施例2

本实施例是对实施例1的进一步改进，重复的内容不再赘述。

在进行起金区段地铁隧道施工时，横通道施工中同步预埋暗梁及预埋件，完成后施做马头门加强框架。然后开南侧马头门，进行正线开挖支护施工。待全断面封闭成环15m后，开对侧马头门进行正线开挖支护施工。

竖井施工中同步预埋暗梁及预埋件，完成后施做马头门加强框架。然后开北侧马头门，进行正线开挖支护施工。待全断面封闭成环15m后，开对侧马头门进行正线开挖支护施工。

正线采用钻爆法开挖，机械整修破除开挖配合。

Ⅱ及Ⅲ级围岩段采用三台阶法开挖，并采用钢筋网+喷射混凝土+锚杆的支护体系，台阶错距3～5米；

Ⅳ级围岩段采用三台阶法开挖，并采用钢格栅+喷射混凝土+钢筋网+锚杆的支护体系，台阶错距3～5米；

Ⅴ级围岩段采用CD法开挖，并采用钢格栅+喷射混凝土+钢筋网+锚杆的组合支护体系，左右导洞错距10m以上，每一导洞采用台阶法开挖，台阶错距3～5米。

竖井井壁两侧5m范围内采用CRD法开挖，即在原CD法开挖的上下台阶处加临时横撑。

暗挖作业必须严格按设计施工步序施工，在确定实施前，应在超前地质预报指引下钻1～3个超前探孔，以探明地下水发育情况。探孔布置在拱顶下1m的位置。

优选地，横通道马头门先向南侧区间施工，再向北侧区间施工。

横通道施工阶段对正线区间马头门部位打设拱顶超前小导管及注浆、预埋暗梁钢筋→横通道初期支护完成后施做马头门加强框架→破除左侧导洞上台阶初支→架立洞门拱部前三榀加强钢格栅并喷射砼→开挖拱部土体、架立拱部第四榀钢格栅并喷射砼→沿拱部打设中空锚杆注浆→进行下一榀施工→开挖进尺3～5米→破除左侧导洞下台阶初支→架立洞门前三榀加强钢格栅并喷射砼→开挖土体、架立第四榀钢格栅并喷射砼→进行下一榀施工→封闭成环后上下台阶循环施工。

左侧导洞开挖不小于10m后，按同样方法施工右侧导洞马头门。

左右侧导洞全断面封闭成环不小于15m后，按同样施工顺序开对侧马头门。

马头门范围的强风化玄武岩优先采用机械破除，破除困难时采用钻爆法施工。其余中风化岩层采用钻爆法施工。

优选地，竖井井壁两侧5m范围内采用CRD法开挖。竖井马头门先向北侧区间施工，再向南侧区间施工。

竖井施工阶段对正线区间马头门部位打设拱顶超前小导管及注浆、预埋暗梁钢筋→竖井初期支护完成后施做马头门加强框架→破除区间北侧左侧导洞上台阶初支→架立洞门拱部前三榀加强钢格栅并喷射砼→开挖拱部土体、架立拱部第四榀钢格栅并喷射砼→沿拱部打设中空锚杆注浆→进行下一榀施工→开挖进尺10米→破除右侧导洞上台阶初支→架立洞门前三榀加强钢格栅并喷射砼→开挖土体、架立第四榀钢格栅并喷射砼→进行下一榀施工→左右侧导洞上台阶循环施工按照CRD封闭成环不小于10米。

按同样方法施工区间对侧(南侧)左右导洞上台阶马头门按照CRD封闭成环不小于5米。

然后按照同样方法施工北侧左右导洞下台阶马头门，待左右侧导洞全断面封闭成环不小于15m后，按同样施工顺序开对侧(南侧)左右导洞下台阶马头门。

马头门范围的强风化玄武岩优先采用机械破除，破除困难时采用钻爆法施工。其余中风化岩层采用钻爆法施工。

优选地，为确保施工安全，当竖井由上往下施工到通道拱顶下2m时，进行竖井底临时封底。随即进行单排小导管的打设，超前小导管采用DN25×2.75mm钢管，小导管长4m，水平打设，注单液水泥浆，环向间距为0.3m，距离开挖线0.3m，沿拱部范围打设。

当横通道上导洞完成后，随即进行单排小导管的打设，超前小导管采用DN32×2.75mm钢管，小导管长4m，水平打设，注单液水泥浆，环向间距为0.3m，距离开挖线0.3m，沿拱部范围打设。

注浆压力：0.2～0.5MPa。注浆扩散半径：250mm。注浆速度≤30L/min。

实施例3

优选地，在三台阶法施工过程中，各台阶间距错开3～5m；各台阶均无需留设核心土，且各台阶根据土层稳定情况采用1:(0.7～1.0)放坡。施工中应保证工作面无水作业，严禁掌子面及隧道内积水。初支完成后及时进行背后注浆。施工中应加强监控量测，并根据其反馈信息对支护参数进行调整。进一步优选地，区间标准端面三台阶法施工步序包括：

第1步：开挖上台阶，高度2.5m。打设拱部中空锚杆，挂网，喷混凝土。

第2步：开挖中台阶，高度3.165m。打设中空锚杆，挂网，喷混凝土。

第3步：开挖下台阶，高度3.165m。挂网，喷混凝土。

区间交叉渡线断面三台阶法施工步序包括：

第1步：开挖上台阶，高度2.5m。打设拱部中空锚杆，挂网，喷混凝土。

第2步：开挖中台阶，高度3.735m。打设中空锚杆和局部砂浆锚杆，挂网，喷混凝土。

第3步：开挖下台阶，高度3.735m。打设局部砂浆锚杆，挂网，喷混凝土。

优选的，在CD法施工过程中，各导洞采用台阶法开挖，上下台阶间距错开3～5m，各导洞纵向开挖面错开10米以上；且各台阶根据土层稳定情况采用1:(0.7～1.0)放坡。施工中应保证工作面无水作业，严禁掌子面及隧道内积水。初衬背后及时注浆。施工中应加强监控量测，并根据其反馈信息对支护参数进行调整。为减小格栅底角的应力集中，在安装钢架前务必清除地脚下虚渣，超挖部分宜用喷射砼填充，使钢架底座落在喷射砼垫层上，以防止钢架整体下沉或两边不均匀下沉。

进一步优选地，区间标准断面CD法施工步序包括：

第1步：开挖左侧导洞上台阶，高4.75m宽6.5m。打设拱部中空锚杆，挂网，立钢格栅并打设锁脚锚管，打设拱顶超前小导管。喷混凝土。开挖3～5m。

第2步：开挖左侧导洞下台阶，高4.38m宽6.5m。挂网，立钢格栅，喷混凝土。开挖10m以上。

第3步：开挖右侧导洞上台阶，高4.74m宽5.6m。打设拱部中空锚杆，挂网，立钢格栅并打设锁脚锚管，打设拱顶超前小导管。喷混凝土。开挖3～5m。

第4步：开挖右侧导洞下台阶，高4.37m宽5.6m。挂网，立钢格栅，喷混凝土。

区间交叉渡线断面CD法施工步序包括：

第1步：开挖左侧导洞上台阶，高5.48m宽6.75m。打设拱部中空锚杆，挂网，立钢格栅并打设锁脚锚管，打设拱顶超前小导管。喷混凝土。开挖3～5m。

第2步：开挖左侧导洞下台阶，高4.78m宽6.75m。打设局部砂浆锚杆，挂网，立钢格栅，喷混凝土。开挖10m以上。

第3步：开挖右侧导洞上台阶，高5.47m宽5.85m。打设拱部中空锚杆，挂网，立钢格栅并打设锁脚锚管，打设拱顶超前小导管。喷混凝土。开挖3～5m。

第4步：开挖右侧导洞下台阶，高4.78m宽5.85m。打设局部砂浆锚杆，挂网，立钢格栅，喷混凝土。

优选地，隧道开挖过程中，根据隧道经过区域的围岩等级的不同需要对不同区段隧道采用不同的开挖工法进行隧道挖掘，因此，在隧道围岩等级发生改变并需要对应性的调整开挖工法时，根据实际前后开挖工法的不同可以包括以下开挖工法转换操作：

CD法转三台阶法

1、当CD法一侧导洞上台阶到达工法转换断面时，停止施工。2、待另一侧导洞上台阶到达工法转换断面时，开始三台阶法施工。3、CD法剩余部分按照CD法步序完成。

三台阶法转CD法

1、采用台阶法上台阶施工至工法转换断面时，按照CD法开挖步序分左右导洞分别施工。2、三台阶法开挖剩余部分，逐步过渡至CD法开挖断面。

CRD法转CD法

施工过程中，CRD法、CD法开挖步序一致，区别在于一侧导洞上台阶开挖后是否架设临时横撑。因此，CRD法转CD法时只需取消临时横撑，按照CD法要求施工即可。

优选地，针对选取的特定地铁隧道，区间隧道采用钻爆法开挖，机械或人工配合整修。碴土先水平运输至竖井，然后通过提升设备提升至地面渣场，在通过渣土运输车运出场外。

***施工详见***设计及施工。CD法开挖循环进尺考虑格栅间距和周边环境风险后，暂定上台阶0.75m，下台阶1.5m。三台阶法施工循环进尺暂定上台阶1m，中、下台阶2m。施工中，根据振动监测情况和风险源的保护动态调整循环进尺，以便安全经济高效开挖。

为保证施工安全需要对岩层裂隙进行止水，止水方法为水泥水玻璃双液浆注浆止水，降低基岩的渗透性。若有渗水时，中间设临时集水坑，由潜水泵将积水及时抽出。

平面开挖轮廓线拱顶外扩8cm，侧墙外扩6cm，满足围岩变形收敛和施工误差的净空要求，并根据监控量测情况调整外扩量。

两对向开挖工作面距离13m时，一端停止施工，人员和机械撤至安全地区，一端施工直至隧道贯通。

需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。在全文中，“优选地”所引导的特征仅为一种可选方式，不应理解为必须设置，故此申请人保留随时放弃或删除相关优选特征之权利。

Claims (10)

1.一种基于围岩等级的区间暗挖方法，其至少包括能够对待开挖隧道区域进行超前地质预报的第一采集单元(1)、根据指令完成隧道开挖操作的开挖单元(3)和能够在隧道开挖过程中获取的实时隧道围岩等级的第二采集单元(4)，其特征在于，所述方法至少包括：

第一处理单元(2)依据所述第一采集单元(1)获取的超前地质预报而建立待开挖隧道基于围岩等级的隧道开挖工序，并依据建立的隧道开挖工序及围岩等级进行超前支护；

第二处理单元(5)基于所述第二采集单元(4)采集的与施工进度相关的围岩等级信息选取实时的施工区域隧道开挖工法；

在所述施工区域隧道开挖工法无法匹配至隧道开挖工序中的情况下，所述第一处理单元(2)根据第二采集单元(4)采集的围岩数据更新其建立的隧道开挖工序，且所述开挖单元(3)依据第二采集单元(4)采集的围岩等级信息在其开挖区域以增加主动支护的方式控制隧道围岩的变形量。

2.如权利要求1所述的基于围岩等级的区间暗挖方法，其特征在于，所述第一处理单元(2)对其构建的隧道开挖工序进行更新的情况下，所述第一采集单元(1)能够通过对未开挖隧道区域进行二次超前地质预报的方式验证更新后的隧道开挖工序，并依据验证通过后的隧道开挖工序对待开挖区域进行二次超前支护。

3.如权利要求2所述的基于围岩等级的区间暗挖方法，其特征在于，所述开挖单元(3)能够根据预先建立的隧道开挖工序而对不同隧道区段采用不同开挖工法进行掘进施工和隧道围岩支护，其中，所述开挖工法是按照所述第二采集单元(4)采集隧道待开挖区段的围岩等级信息并输出可采用的开挖工法对建立的隧道开挖工序进行验证的方式进行选择的。

4.如权利要求3所述的基于围岩等级的区间暗挖方法，其特征在于，所述开挖单元(3)根据待开挖隧道的围岩等级而选择性地采取三台阶法或CD法完成不同区段隧道的掘进操作，在所述开挖单元(3)进行区段隧道的掘进操作时，根据隧道该区域所采用的开挖工法和围岩等级在隧道内构建不同的支护体系，并在隧道内布设能够对围岩变形情况进行监测的隧道监测单元(6)。

5.如权利要求1所述的基于围岩等级的区间暗挖方法，其特征在于，所述方法还包括围岩变形监测和补充支护，其中，

所述围岩变形监测是依据隧道监测单元(6)获取隧道全方位的空间结构数据，并依据获取的数据构建隧道模型以及进行隧道变形分析；

在沿时间轴建立的多个隧道模型之间存在差异的情况下，对隧道发生变形的区域进行选择性地补充支护以控制隧道围岩的变形量。

6.如权利要求5所述的基于围岩等级的区间暗挖方法，其特征在于，所述隧道监测单元(6)采集地与时间相关的空间结构数据是以隧道围岩的预设变形量为驱动时间进行记录的，且其采样用的预设变形量是随隧道围岩变形剧烈程度而进行可调节设定的。

7.如权利要求6所述的基于围岩等级的区间暗挖方法，其特征在于，所述隧道监测单元(6)在监测到隧道围岩发生预设变形量的时间周期缩短时，所述隧道监测单元(6)按照减小预设变形量而缩短采样周期的方式获取表征围岩变形情况的密集空间结构数据。

8.如权利要求7所述的基于围岩等级的区间暗挖方法，其特征在于，所述隧道监测单元(6)在检测到隧道围岩发生异常变形和/或过量变形时，其能够在调节采样的预设变形量的同时向至少一个显示终端(7)发出预警信息。

9.一种基于围岩等级的支护架构，其包括利用前述权利要求1-8中的区间暗挖方法进行隧道掘进和开挖隧道不同区段围岩等级信息的获取，其特征在于，所述支护架构是根据开挖隧道不同区段所采用的开挖工法和隧道围岩等级而选择性地采用多种支护结构进行构建的，所述支护架构至少包括超前支护、主动支护和二次超前支护操作，其中，在所述超前支护与第二采集单元(4)采集的围岩等级不适配的情况下，通过二次超前支护的方式对支护架构进行补充以控制在掘进过程中隧道围岩的变形量。

10.如权利要求9所述的基于围岩等级的支护架构，其特征在于，所述主动支护至少包括洞身预应力锚杆(索)和高性能喷射混凝土支护，其中，所述主动支护能够在开挖扰动破坏掌子面前一定范围内围岩的原始应力平衡状态时，通过缩短围岩急剧变形时间的方式控制围岩变形。

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