1.一种隧道围岩稳定性评价方法,其特征在于,所述方法包括如下步骤:步骤1、通过地质勘探方式获取隧道施工地层结构及隧道损伤分布特征数据,确定测试区域范围;
步骤2、在隧道掌子面前方设置五个测试区,分别位于隧道开挖断面的拱顶、左拱腰、右拱腰、左拱脚及右拱脚,选取各测试区岩体完整的部位布置测试孔,各测试孔沿着隧道径向布置,测试孔的钻孔深度应贯穿损伤围岩层,在钻孔部位定向钻取岩芯试样;
步骤3、将各测试区钻取的岩芯试样加工制成标准试样,对标准试样进行循环加卸载试验,并利用声波测试装置,确定岩石波速比与损伤程度的关系,形成各测试区对应的岩石损伤程度‑波速比演化曲线;
步骤4、在各测试孔内部分别布置声波探测装置,启动声波探测装置并使声波探测装置沿着测试孔的轴向进行多点探测,获得各测试区围岩沿着隧道径向多个波速比;
步骤4的具体步骤如下:
步骤41、将声波发射器和声波接收器布置在测试孔底部,声波发射器和声波接收器连接声波检测仪,并将耦合剂注入测试孔,在测试孔孔口安装密封器;
步骤42、由声波检测仪获取孔底部原岩波速,作为各测试区原岩波速,记为Vx‑0;
步骤43、将声波发射器和声波接收器沿测试孔轴向自底部至顶部移动,由声波检测仪获取并记录各测试区围岩沿着隧道径向不同深度波速,记为Vx‑h;
步骤44、各测试区围岩沿着隧道径向不同深度的波速比Vx=Vx‑h/Vx‑0;
步骤5、将步骤4中各测试区围岩沿着隧道径向多个波速比代入步骤3中相同测试区的岩石损伤程度‑波速比演化曲线,得到各测试区围岩沿着隧道径向多个岩石损伤程度,由各测试区围岩沿着隧道径向多个岩石损伤程度判定隧道围岩稳定性;
其中,由各测试区围岩沿着隧道径向多个岩石损伤程度判定隧道围岩稳定性的标准为:岩石损伤程度≤35%,围岩稳定性为良好;
35%<岩石损伤程度≤55%,围岩稳定性为一般;
55%<岩石损伤程度<75%,围岩稳定性为较差;
岩石损伤程度≥75%,围岩稳定性为极差;
步骤5中,将步骤4中各测试区围岩沿着隧道径向不同深度的波速比代入步骤3中相同测试区的岩石损伤程度‑波速比演化曲线,得到相同设定深度下各测试区围岩的岩石损伤程度分别为D拱顶、D左拱腰、D右拱腰、D左拱脚及D右拱脚;
其中,D拱顶为相同设定深度下隧道开挖断面的拱顶测试区围岩的岩石损伤程度,D左拱腰为相同设定深度下隧道开挖断面的左拱腰测试区围岩的岩石损伤程度,D右拱腰为相同设定深度下隧道开挖断面的右拱腰测试区围岩的岩石损伤程度,D左拱脚为相同设定深度下隧道开挖断面的左拱脚测试区围岩的岩石损伤程度,D右拱脚为相同设定深度下隧道开挖断面的右拱脚测试区围岩的岩石损伤程度。
2.根据权利要求1所述的一种隧道围岩稳定性评价方法,其特征在于,步骤3的具体步骤如下:
步骤31、将各测试区钻取的岩芯试样加工制成标准试样;
步骤32、将标准试样置于静载加载试验机上,将标准试样的相对两侧布置声波发射器和声波接收器,声波发射器和声波接收器连接声波检测仪,由声波检测仪获取各测试区对应的标准试样非损伤岩石纵波波速Vs0;
启动静载加载试验机对标准试样施加轴压,采用位移控制方式,首先将轴压加载再卸载,由声波检测仪同步监测各测试区对应的标准试样波速演化特征;继续循环加载再卸载,直至标准试样发生破坏;
步骤33、根据每次循环加卸载的输入能、弹性能和耗散能密度,获得岩石损伤程度D,同步监测得到的标准试样不同循环次数下岩石波速;
步骤34、以岩石损伤程度D作为自变量,波速比VS作为因变量,建立岩石损伤程度‑波速比演化关系曲线;
波速比VS的计算公式为:VS=Vsi/Vs0,其中:Vsi为标准试样第i次循环下岩石纵波波速;Vs0为标准试样非损伤岩石纵波波速。
3.根据权利要求2所述的一种隧道围岩稳定性评价方法,其特征在于,岩石损伤程度D由如下公式得到:
;
其中,
为循环加载至第i次产生的总耗散能;
为加载至最终次循环产生的总耗散能;
;
ui为第i次循环加载的总输入能,uie为第i次循环加载的弹性能,ui和uie依据循环加卸载过程的应力‑应变曲线围成的面积获得。
4.一种隧道围岩稳定性控制方法,其特征在于,在完成权利要求1至3任一项所述的隧道围岩稳定性评价方法后,进行如下步骤:步骤6、将相邻测试区隧道围岩稳定性相同的区域连接为一体,形成不同稳定性区域,不同稳定性区域包括稳定性极差区域、稳定性较差区域、稳定性一般区域及稳定性良好区域;
步骤7、采用室内试验或数值仿真技术对步骤6中的不同稳定性区域进行注浆效果模拟,确定各区域围岩稳定性强化所需注浆支护施工最优技术参数;
步骤8、对各区域采用最优技术参数进行分级分区注浆支护施工;
步骤9、待注浆支护施工完成后,在隧道各测试区布置监测设备,待监测设备监测围岩稳定性符合设定标准,则对隧道围岩表面进行喷浆形成衬砌。
5.根据权利要求4所述的一种隧道围岩稳定性控制方法,其特征在于,步骤8的具体步骤如下:
步骤81、注浆前在隧道表面喷射混凝土形成止浆层,防止注浆过程中注浆材料流失,止浆层厚度为30‑40mm,混凝土强度为C25‑C30,待止浆层形成设定时间后,在不同稳定性区域布置注浆钻孔;
步骤82、先对稳定性极差区域的注浆钻孔进行注浆支护施工,采用高黏度注浆材料,配合0‑3MPa注浆压力进行注浆,形成阻隔注浆液流失的承压区;
步骤83、待稳定性极差区域注浆完成设定时间后,对稳定性较差区域的注浆钻孔进行注浆支护施工,采用高渗透性、低黏度注浆材料,配合4‑10MPa注浆压力进行注浆,形成高强度的承压区;
步骤84、待稳定性较差区域注浆完成设定时间后,对稳定性一般区域进行注浆支护施工,采用高渗透性、低黏度注浆材料,配合10‑15MPa注浆压力进行注浆,形成稳定的固结区。
6.根据权利要求5所述的一种隧道围岩稳定性控制方法,其特征在于,步骤81中,不同稳定性区域布置注浆钻孔的布置参数为:
在稳定性极差区域布置的注浆钻孔,钻孔直径为35‑50mm,钻孔间距在800‑1000mm;在稳定性较差区域布置的注浆钻孔,钻孔直径为35‑60mm,钻孔间距在1000‑1300mm;在稳定性一般区域布置的注浆钻孔,钻孔直径为35‑75mm,钻孔间距在1300‑1600mm。
7.根据权利要求5所述的一种隧道围岩稳定性控制方法,其特征在于,步骤82至步骤84中,注浆支护施工采用注浆锚索进行施工,在注浆过程中,以相邻注浆钻孔作为注浆效果观测孔,采用钻孔电视监测注浆材料在围岩中的扩散情况及是否存在浆液流失现象,并与步骤7模拟的注浆效果进行对比,以动态调整施工技术参数。
8.根据权利要求4所述的一种隧道围岩稳定性控制方法,其特征在于,步骤9中,待监测设备监测围岩稳定性符合设定标准,则对隧道围岩表面进行喷浆形成初次衬砌,待初次衬砌的混凝土达到设定强度后,在初次衬砌表面敷设金属网,对金属网表面进行喷浆,形成二次衬砌。