一种TBM隧洞软弱条带影响下径向链式岩爆预判方法

本发明涉及隧洞微震监测技术，具体涉及一种tbm隧洞软弱条带影响下径向链式岩爆预判方法，适用于各种水利水电、交通、矿山等硬岩tbm法施工隧洞。

背景技术：

1、岩爆是在开挖或其他外界扰动下，地下工程岩体中聚积的弹性变形势能突然释放，导致围岩爆裂、弹射的动力现象。随着地应力增加和地质结构愈发复杂，地下工程施工过程中出现了同一区域岩爆多次发生的现象，其中沿隧洞径向多次发生的岩爆称为径向链式岩爆，在对tbm隧洞径向链式岩爆案例统计分析过程中发现，出现了较多软弱条带控制着径向链式岩爆发生的情形，软弱条带包含蚀变带、黑云母片岩条带等性质较基岩花岗岩强度弱的条带，且在tbm隧洞施工过程中，径向链式岩爆持续时间长，对施工设备和人员产生较大的安全威胁，因此，亟待建立tbm花岗岩隧洞软弱条带影响下径向链式岩爆预判方法，对径向链式岩爆进行超前判识，为径向链式岩爆防控奠定基础，保障施工人员安全和施工进度。

2、国内外对岩爆类型识别进行了研究并取得了一些成果。中国发明专利“预判岩爆类型的方法”，公开号cn110456413a，公布了一种基于微震信息判识预警区域岩爆类型的方法，可通过该方法判断预警区域岩爆为应变型岩爆或应变-结构面滑移型岩爆。当前对岩爆类型判别的研究主要集中在单一岩爆，尚未建立同一区域内多次发生的径向链式岩爆识别方法。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明的目的在于提供一种tbm隧洞软弱条带影响下径向链式岩爆预判方法，用于超前识别tbm法施工隧洞软弱条带影响下径向链式岩爆，为径向链式岩爆防控提供支撑，从而降低径向链式岩爆对施工进度的迟滞和对人员安全的威胁。

2、为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种tbm隧洞软弱条带影响下径向链式岩爆预判方法，包括如下步骤：

3、s1、在岩爆风险区开展岩爆微震监测，确定岩爆预警单元空间范围；

4、s2、获取s1所述岩爆预警单元空间范围内的潜在岩爆区域微震信息；

5、s3、将s2获取的潜在岩爆区域微震信息与已知的软弱条带影响下径向链式岩爆前兆信息进行对比，综合多项参数指标预判潜在岩爆区域岩爆类型是否为径向链式岩爆。

6、所述多项参数指标为微震事件空间分布形态、累积视体积与累积视应力的比值变化率和微震事件之间平均时间差变化率

7、进一步地，所述s1中，岩爆预警单元空间范围包括：掌子面前后方的爆坑长度范围，垂直于隧洞轴线左右两侧的微震事件分布范围，以及垂直于隧洞轴线上下方的微震事件分布范围。考虑到径向链式岩爆常出现相邻其他岩爆微震事件对其产生干扰，根据统计的径向链式岩爆爆坑长度，选取掌子面前1倍洞径至掌子面后1倍洞径为x方向预警单元范围，根据微震事件分布范围得到y方向和z方向预警单元范围，y方向预警单元范围为垂直于隧洞轴线左右两侧各4倍洞径，z方向预警单元范围为垂直于隧洞轴线上下方各4倍洞径。

8、进一步地，所述s2中，所述潜在岩爆区域微震信息包括：微震事件空间分布形态、累积视体积与累积视应力变化率的比值和微震事件之间平均时间差变化率。

9、进一步地，所述累积视体积与累积视应力变化率的比值通过以下公式计算：

10、所述累积视体积与累积视应力的比值变化率采用如下方式计算：

11、

12、cravappi＝∑i＝1ravapp；

13、

14、其中，avi表示i时刻微震事件视体积值，appi表示i时刻微震事件视应力值，∑i＝1avi表示i时刻微震事件累积视体积值，∑i＝1appi表示i时刻微震事件累积视应力值，ravappi表示i时刻微震事件累积视体积与累积视应力比值，cravappi表示i时刻微震事件累积视体积与累积视应力比值的累积值，ravappgi表示累积视体积/累积视应力变化率。

15、进一步的，所述微震事件之间平均时间差变化率通过以下公式计算：

16、

17、其中，ti表示i时刻时间，ti-1表示i-1时刻时间，a表示截止i-1至i时刻微震事件数，mtdi表示i时刻微震事件之间平均时间差，mtdi-1表示i-1时刻微震事件之间平均时间差，cmtd表示i时刻微震事件之间平均时间差的累积值，mtdg表示微震事件之间平均时间差变化率。

18、进一步的，将获取的潜在岩爆区域微震监测信息与已知的软弱条带影响下径向链式岩爆前兆信息进行对比，若满足条件，则预判该岩爆为径向链式岩爆，若不满足条件，则预判该岩爆非径向链式岩爆。

19、由于采用了上述技术方案，本发明提供的一种tbm隧洞软弱条带影响下径向链式岩爆预判方法，通过获取潜在岩爆区域的微震信息，将潜在岩爆区域的微震信息与已知径向链式岩爆孕育过程的微震信息进行对比，可判别该区域是否潜在径向链式岩爆风险。与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明可实现tbm花岗岩隧洞软弱条带影响下径向链式岩爆超前判识，可提高径向链式岩爆预判的准确率，对径向链式岩爆的防控提供科学依据。

技术特征：

1.一种tbm隧洞软弱条带影响下径向链式岩爆预判方法，其特征在于包括：

2.根据权利要求1所述的一种tbm隧洞软弱条带影响下径向链式岩爆预判方法，其特征在于：所述多项参数指标为微震事件空间分布形态、累积视体积与累积视应力的比值变化率和微震事件之间平均时间差变化率。

3.根据权利要求1所述的一种tbm隧洞软弱条带影响下径向链式岩爆预判方法，其特征在于：所述岩爆预警单元空间范围包括：掌子面前方和后方的爆坑长度范围、垂直于隧洞轴线左右两侧的微震事件分布范围以及垂直于隧洞轴线上下方的微震事件分布范围；

4.根据权利要求1所述的一种tbm隧洞软弱条带影响下径向链式岩爆预判方法，其特征在于：所述潜在岩爆区域微震信息包括：微震事件空间分布形态、累积视体积与累积视应力的比值变化率和微震事件之间平均时间差变化率。

5.根据权利要求4所述的一种tbm隧洞软弱条带影响下径向链式岩爆预判方法，其特征在于：所述累积视体积与累积视应力的比值变化率采用如下方式计算：

6.根据权利要求4所述的一种tbm隧洞软弱条带影响下径向链式岩爆预判方法，其特征在于：所述微震事件之间平均时间差变化率通过以下公式计算：

7.根据权利要求1至6任意一项所述的一种tbm隧洞软弱条带影响下径向链式岩爆预判方法，其特征在于：将获取的潜在岩爆区域微震监测信息与已知的软弱条带影响下径向链式岩爆前兆信息进行对比，若满足条件，则预判该岩爆为径向链式岩爆，若不满足条件，则预判该岩爆非径向链式岩爆。

技术总结本发明公开了一种TBM隧洞软弱条带影响下径向链式岩爆预判方法，包括：在岩爆风险区进行岩爆微震监测，确定岩爆预警单元空间范围；获取所述岩爆预警单元空间范围内的潜在岩爆区域微震信息；将获取的潜在岩爆区域微震信息与已知的软弱条带影响下径向链式岩爆前兆信息进行对比，综合多项参数指标预判潜在岩爆区域岩爆类型是否为径向链式岩爆。该方法通过获取潜在岩爆区域的微震信息，将潜在岩爆区域的微震信息与已知径向链式岩爆孕育过程的微震信息进行对比，可判别该区域是否潜在径向链式岩爆风险。技术研发人员：付廉杰,胡磊,冯夏庭,姚志宾,张伟,何本国,答治华,张宇,熊永润,张文灿,马涛受保护的技术使用者：东北大学技术研发日：技术公布日：2024/9/29