技术摘要：
本发明公开了一种深埋长隧洞软质岩大变形超前量化预报方法，在施工期，对隧洞掌子面前方的可能出现的软质岩体地层，考虑隧洞掌子面前方远、中、近距离处的量化预报；通过对围岩大变形判别、围岩变形预测，获得直观的判断和预测数据，定量化预报深埋长隧(洞)道软质岩的  全部
背景技术：
对于穿山越岭的交通隧道、引调水隧洞等线路工程，线路长，埋深大，通常要穿越 岩性和地质条件复杂多变的地层，特别是当隧(道)洞遭遇泥质岩、蚀变岩、断层挤压带等软 弱岩体时，时常面临施工期软岩大变形、支护结构破坏、围岩加固难度大等工程难题。通常， 线路工程施工前有限的地勘工作尚不能完全覆盖隧(道)洞穿越的地层信息，因此，在施工 期对隧(道)洞掌子面前方的地层，开展软质岩的超前量化预报工作是非常必要的，具有重 要的工程意义。 隧(道)洞围岩变形的量化预报一直是地下工程的一项重要课题。开展掌子面前方 不良地质体的探测是隧(洞)道工程建设施工过程中必要的环节。一般而言，中远距离(掌子 面前方100m)探测多基于地震法或电磁法的超前地质预报原理，需要具有地球物理专业背 景的工程师对探测结果进行解读，从而给出掌子面前方是否存在不良地质体的大致判断； 近距离(掌子面前方60m内)探测多采用超前钻孔方法，通过钻孔取芯直观获得掌子面前方 地质体的直观描述。然而，采用通过中远距离和近距离探测获得的上述前方地质体信息，仅 能为工程师提供掌子面前方不良地质体的位置和性状等定性描述，难以用于围岩变形的定 量预测预报，也就无法为支护措施的动态调整提供量化依据。因此，建立一种深埋长隧洞软 质岩大变形超前量化预报方法，对于隧(道)洞工程保障施工期围岩稳定性具有重要意义。
技术实现要素：
本发明针对上述存在的问题，提供一种深埋长隧洞软质岩大变形超前量化预报方 法，在施工期对隧洞掌子面前方的地层，开展软质岩的超前预测预报工作。 为实现上述目的，本发明所设计的一种深埋长隧洞软质岩大变形超前量化预报方 法，其特殊之处在于，所述方法包括： 步骤一：中远距离超前地层信息预报技术：采用隧洞超前地质预报系统，对掌子面 前方设定距离的地层信息进行探测并获得三维空间数据，利用集面向软岩不同尺度变形质 构造体的隧洞反射波正演模拟技术、波场分离和偏移成像的数据处理技术、地震数据保幅 成像方法、基于深度学习的非线性智能反演方法于一体的信号解译技术，解译并预报隧洞 掌子面前方地层的性质、位置及规模大小； 步骤二：近距离超前地质钻探预报技术：在步骤一工作的基础上，当隧洞开挖至软 质岩30～60m范围时，在掌子面打超前钻孔； 步骤三：在步骤二钻孔部位进行原位地应力测试，获取该处三维初始应力分布状 态、最大水平侧压力系数λ及初始最大主应力值σ0max参数； 4 CN 111551427 A 说　明　书 2/7 页 步骤四：在步骤二钻孔部位进行岩石取样，开展室内物理力学试验，准确掌握掌子 面前方软质岩石物理力学特性； 步骤五：在步骤二钻孔部位进行钻孔电视工作，获得软岩裂隙的埋深、倾向、倾角、 宽度、裂隙面的粗糙度、充填物的性质，在步骤四岩石声波测试取样部位进行现场声波测试 工作，获得岩体弹性纵波速度Vpm，结合步骤四室内试验获得的岩石弹性纵波速度Vpr，计算 岩体完整性系数 步骤六：根据室内试验和现场试验，确定岩体基本质量分级，进一步确定掌子面前 方软质岩体的物理力学参数：岩体基本质量分级，根据岩体基本质量的定性特征和岩体基 本质量指标BQ两者相结合确定，根据岩体的基本质量级别确定岩体黏聚力c，岩体内摩擦角 φ和岩体变形模量E； 步骤七：隧洞围岩大变形预测预报技术：计算自重应力场或者构造应力场下软质 岩的强度应力比，利用围岩大变形判别方法，对围岩是否会发生挤压大变形进行判断和预 测； 步骤八：在步骤七的基础上，若判别为发生围岩大变形，利用考虑支护效应修正的 围岩变形和相对变形量化预报公式，通过最速下降法，快速量化预报围岩变形量级和相对 变形，给出大变形等级，为软质岩支护优化设计和施工方案提供依据。 优选地，所述步骤三中原位地应力测试，测试仪器采用三向应变计，测试方法采用 应力解除法，并向孔内添加水泥砂浆作为耦合介质。 优选地，所述步骤四中岩石室内试验包括：进行岩石饱和单轴压缩试验，获得岩石 饱和单轴抗压强度Rc和泊松比μ；进行岩石饱和三轴压缩试验，获得扩容梯度η；进行室内岩 石声波测试，获得岩石弹性纵波速度Vpr。 优选地，所述步骤六中岩体基本质量指标BQ的计算公式为BQ＝100 3Rc 250Kv，使 用该式时，遵循以下限制条件：(1)当Rc＞90Kv 30时，以Rc＝90Kv 30和Kv带入计算BQ值；(2) 当Kv＞0.04Rc 0.4时，以Kv＝0.04Rc 0.4和Rc代入计算BQ值；式中Rc为岩石单轴饱和抗压强 度；Kv为岩体完整性系数。 优选地，所述步骤七中自重应力场(λ≤1)或者构造应力场(λ＞1)下的岩石强度应 力比值公式分别为 式中，Rc为岩石饱和单轴抗 压强度；σ0max为初始最大主应力值。 优 选 地 ，所 述 步 骤 八 中 隧 洞 软 质 岩 洞 周 变 形 量 化 预 报 ，由 公 式 量化计算获得；式中，R′为 塑性半径，计算公式为 r0为隧洞半径；σc为岩体单 轴抗压强度，计算公式为 c为岩体的黏聚力，为岩体的内摩擦 5 CN 111551427 A 说　明　书 3/7 页 角；其中 P为铅直向初始地应力；λ为最大水平侧压力系数；η为扩容 梯度；反映围岩不同位置的θ角；E为岩体的变形模量；μ为泊松比；Pi为支护抗力。 优选地，所述步骤八中考虑多种支护形式时，支护抗力Pi由公式 量化确定；其中Ec是混凝土的弹性模量；R是支护的最外侧半径；S1为钢拱架沿隧洞轴线分布 的间距；S2为钢筋沿隧洞轴线分布的间距；Sc为锚杆沿隧洞圆周分布的间距；Sl为锚杆沿隧 洞轴线分布的间距；As1为钢拱架的截面面积；As2为隧洞断面中钢筋的截面面积；Es1为钢的 弹性模量；Es2为锚杆锚索的弹性模量；vc是混凝土的泊松比；tc是混凝土的厚度；tB为支护钢 拱架圈的厚度；B为槽钢或角钢的翼缘宽度；Is为隧洞截面的惯性矩；θ为两个阻块节点夹角 的一半弧度；EB为阻块材料的弹性模量；d为超挖区填充混凝土的平均厚度；其中db为锚杆、 锚索的直径；l为锚杆、锚索的自由长度；Q为锚杆端部和头部的变形荷载常量。 优选地，所述步骤七中围岩大变形判别方法为对相对变形ε量化计算获得，当相对 变形2.5％＜ε＜5％时，为I级围岩大变形，变形程度为中等；当相对变形5％＜ε＜10％时， 为II级围岩大变形，变形程度为严重；当相对变形ε＞10％时，为III级围岩大变形，变形程 度为极严重。 由于采用了以上技术方案，本发明同时考虑隧洞掌子面前方远、中、近距离处的量 化预报工作，是一种深埋长隧洞软质岩大变形超前预测预报方法；通过对围岩大变形判别、 围岩变形预测，获得直观的判断和预测数据，定量化预报深埋长隧(洞)道软质岩的变形量 级和等级，有效开展软质岩的超前预测预报工作。 附图说明 图1为本发明一种深埋长隧洞软质岩大变形超前量化预报方法的流程图。 图2为本发明的混凝土支护衬砌示意图。 图3为采用本发明获得的不同埋深条件下初始铅直地应力为4～30MPa时隧洞围岩 变形量级和相对变形以及相对应的大变形等级示意图。