隧道掌子面挤出变形测试方法及其装置

1.本技术涉及土木工程技术领域，具体而言，涉及一种隧道掌子面挤出变形测试方法及其装置。


背景技术：

2.在高地应力软岩地层中，隧道爆破开挖对围岩的扰动影响的范围比较大，在各个方向上均会有变形，有研究表明，隧道区域至少有30％的收敛变形是在到掌子面开挖之前所产生的，掌子面前方的围岩首先会发生变形，紧接着洞壁才收敛变形。目前，对隧道施工中的变形监测主要集中在掌子面后方隧道拱顶的沉降及隧道拱腰的水平收敛变形，而对隧道掌子面的挤出变形的测试很少，但是我国隧道开挖的机械化水平日益提高，应用于隧道开挖的工法也由分部分台阶开挖向全断面开挖转变，在这种全断面开挖的情况下对隧道掌子面的挤出变形的测试也愈发重要。综上，如何对隧道掌子面挤出变形进行准确的测试是目前亟需解决的。


技术实现要素：

3.本技术的主要目的在于提供一种隧道掌子面挤出变形测试方法及其装置，解决如何对隧道掌子面挤出变形进行准确的测试的问题。
4.为了实现上述目的，根据本技术的第一方面提供了一种隧道掌子面挤出变形测试方法。
5.根据本技术的隧道掌子面挤出变形测试方法包括：获取玻璃纤维锚杆的第一端头坐标，所述第一端头坐标为所述玻璃纤维锚杆在掌子面前方的端头坐标，所述玻璃纤维锚杆为在隧道中心沿着隧道轴线打入的与围岩无接触的锚杆；获取从第二次爆破开始每次爆破前所述玻璃纤维锚杆的第二端头坐标，所述第二端头坐标为所述玻璃纤维锚杆露出掌子面的端头坐标；根据所述第一端头坐标、所述每次爆破前的所述第二端头坐标，计算每次爆破的挤出变形量；将每次爆破的挤出变形量进行叠加得到在所述玻璃纤维锚杆的长度范围内的掌子面的挤出变形量。
6.可选的，所述根据所述第一端头坐标、所述每次爆破前的所述第二端头坐标，计算每次爆破的挤出变形量包括：根据所述第一端头坐标、所述每次爆破前的所述第二端头坐标、所述玻璃纤维锚杆的初始长度计算所述玻璃纤维锚杆每次的进尺；将所述玻璃纤维锚杆每次的进尺、爆破进尺之间的差值确定为每次爆破的挤出变形量。
7.可选的，所述方法还包括：通过掌子面后方的全站仪获取所述第一端头坐标、所述第二端头坐标。
8.可选的，所述方法还包括：根据隧道开挖宽度确定所述全站仪的安装位置；根据所述隧道开挖宽度、所述爆破进尺确定所述玻璃纤维锚杆的初始长度。
9.可选的，所述根据隧道开挖宽度确定所述全站仪的安装位置包括：将距离掌子面三倍的所述隧道开挖宽度确定为所述全站仪的安装位置，所述全站仪沿隧道轴线安装。
10.可选的，所述根据所述隧道开挖宽度、所述爆破进尺确定所述玻璃纤维锚杆的初始长度包括：所述玻璃纤维锚杆的初始长度为整数倍的所述爆破进尺，且所述玻璃纤维锚杆的初始长度大于三倍的所述隧道开挖宽度。
11.可选的，用于打入所述玻璃纤维锚杆的钻孔的直径大于所述玻璃纤维锚杆的直径，所述玻璃纤维锚杆与所述钻孔之间没有注浆。
12.为了实现上述目的，根据本技术的第二方面提供了一种隧道掌子面挤出变形测试装置。
13.根据本技术的隧道掌子面挤出变形测试装置包括：第一获取单元，用于获取玻璃纤维锚杆的第一端头坐标，所述第一端头坐标为所述玻璃纤维锚杆在掌子面前方的端头坐标，所述玻璃纤维锚杆为在隧道中心沿着隧道轴线打入的与围岩无接触的锚杆；第二获取单元，用于获取从第二次爆破开始每次爆破前所述玻璃纤维锚杆的第二端头坐标，所述第二端头坐标为所述玻璃纤维锚杆露出掌子面的端头坐标；第一计算单元，用于根据所述第一端头坐标、所述每次爆破前的所述第二端头坐标，计算每次爆破的挤出变形量；第二计算单元，用于将每次爆破的挤出变形量进行叠加得到在所述玻璃纤维锚杆的长度范围内的掌子面的挤出变形量。
14.可选的，所述第一计算单元包括：计算模块，用于根据所述第一端头坐标、所述每次爆破前的所述第二端头坐标、所述玻璃纤维锚杆的初始长度计算所述玻璃纤维锚杆每次的进尺；确定模块，用于将所述玻璃纤维锚杆每次的进尺、爆破进尺之间的差值确定为每次爆破的挤出变形量。
15.可选的，所述第一获取单元和所述第二获取单元还用于：通过掌子面后方的全站仪获取所述第一端头坐标、所述第二端头坐标。
16.可选的，所述装置还包括：位置确定单元，用于根据隧道开挖宽度确定所述全站仪的安装位置；长度确定单元，用于根据所述隧道开挖宽度、所述爆破进尺确定所述玻璃纤维锚杆的初始长度。
17.可选的，所述位置确定单元，还用于：将距离掌子面三倍的所述隧道开挖宽度确定为所述全站仪的安装位置，所述全站仪沿隧道轴线安装。
18.可选的，所述长度确定单元，还用于：所述玻璃纤维锚杆的初始长度为整数倍的所述爆破进尺，且所述玻璃纤维锚杆的初始长度大于三倍的所述隧道开挖宽度。
19.可选的，用于打入所述玻璃纤维锚杆的钻孔的直径大于所述玻璃纤维锚杆的直径，所述玻璃纤维锚杆与所述钻孔之间没有注浆。
20.为了实现上述目的，根据本技术的第三方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行上述第一方面中任意一项所述的隧道掌子面挤出变形测试方法。
21.为了实现上述目的，根据本技术的第四方面提供了一种电子设备，包括：至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的计算机程序，所述计算机程序被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器执行第一方面中任意一项所述的隧道掌子面挤出变形测试方法。
22.在本技术实施例的隧道掌子面挤出变形测试方法及其装置中，首先获取在隧道中心沿着隧道轴线打入的与围岩无接触的玻璃纤维锚杆的第一端头坐标，其中第一端头坐标
为玻璃纤维锚杆在掌子面前方的端头坐标；然后获取从第二次爆破开始每次爆破前玻璃纤维锚杆的第二端头坐标，其中，第二端头坐标为玻璃纤维锚杆露出掌子面的端头坐标；之后根据第一端头坐标、每次爆破前的第二端头坐标，计算每次爆破的挤出变形量；最后将每次爆破的挤出变形量进行叠加得到在玻璃纤维锚杆的长度范围内的掌子面的挤出变形量。本技术实施例通过测试和计算确定在隧道中心沿着隧道轴线打入的与围岩无接触的玻璃纤维锚杆的端头坐标的进尺，然后将该进尺与爆破进尺的差来确定单次爆破的基础变形量，最终实现玻璃纤维锚杆长度范围内的掌子面总的挤出变形的测试，该种测试方式简便又准确。
附图说明
23.构成本技术的一部分的附图用来提供对本技术的进一步理解，使得本技术的其它特征、目的和优点变得更明显。本技术的示意性实施例附图及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：
24.图1是根据本技术实施例提供的一种隧道掌子面挤出变形测试方法的流程图；
25.图2是根据本技术实施例提供的一种隧道掌子面中打入玻璃纤维锚杆的结构示意图；
26.图3是根据本技术实施例提供的一种隧道掌子面挤出变形量计算的示意图；
27.图4是根据本技术实施例提供的一种隧道掌子面挤出变形测试工程实施流程图；
28.图5、图6为是根据本技术实施例提供的一种掌子面横切面钻孔示意图，和掌子面纵剖面钻孔示意图；
29.图7是根据本技术实施例提供的一种隧道掌子面挤出变形测试装置的结构示意图；
30.图8是根据本技术实施例提供的另一种隧道掌子面挤出变形测试装置的结构示意图。
31.图中，1-玻璃纤维锚杆，2-掌子面，3-锚固，4-全站仪，5-钻孔。
具体实施方式
32.为了使本技术领域的人员更好地理解本技术方案，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本技术保护的范围。
33.需要说明的是，本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本技术的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
34.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相
互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本技术。
35.对本技术实施例的一种隧道掌子面挤出变形测试方法进行具体说明：如图1所示，该方法包括如下的步骤s101-s104：s101、获取玻璃纤维锚杆1的第一端头坐标，第一端头坐标为玻璃纤维锚杆1在掌子面2前方的端头坐标；s102、获取从第二次爆破开始每次爆破前玻璃纤维锚杆1的第二端头坐标，第二端头坐标为玻璃纤维锚杆1露出掌子面2的端头坐标；s103、根据第一端头坐标、每次爆破前的第二端头坐标，计算每次爆破的挤出变形量；s104、将每次爆破的挤出变形量进行叠加得到在玻璃纤维锚杆1的长度范围内的掌子面2的挤出变形量。
36.首先需要说明的是，本技术实施例中的玻璃纤维锚杆1为在隧道中心沿着隧道轴线打入的与围岩无接触的锚杆，无接触的设计是为了使掌子面2变形挤出的过程中，玻璃纤维锚杆1不会受到与围岩接触产生的摩擦影响其挤出，这样可以保证最终测试结果的准确性。在实际的施工中，为了让玻璃纤维锚杆1能够固定在隧道中，还是需要在头部进行锚固3，如图2所示，在隧道内部的有一段锚固3。对于如何固定实现玻璃纤维锚杆1与围岩无接触的方式，具体为将用于打入玻璃纤维锚杆1的钻孔5的直径大于玻璃纤维锚杆1的直径，优选的可以设置钻孔5的直径为玻璃纤维锚杆1的直径的1.5倍，实际施工中也可以适应性的调整。并且玻璃纤维锚杆1与钻孔5之间没有注浆，即不对玻璃纤维锚杆1进行注浆，因为注浆之后的局部加固作用也会影响掌子面2与玻璃纤维锚杆1的共同挤出变形，最终导致变形监测不准确甚至与围岩实际情况不符。
37.步骤s101中，获取玻璃纤维锚杆1的第一端头坐标，如图2、图3所示，具体是获取玻璃纤维锚杆1在掌子面2前方的端头坐标，即获取玻璃纤维锚杆1在隧道最内部端头的坐标，该坐标在变形测量前后是不变的，是一个绝对的坐标值。另外，对于玻璃纤维锚杆1的第一端头坐标的获取具体是通过全站仪4测试得到的，如图2、图3所示，全站仪4是安装在掌子面2后方，具体的安装位置是沿隧道轴线架设，距离掌子面2的长度可以根据隧道开挖宽度确定：优选的将距离掌子面2三倍的隧道开挖宽度确定为全站仪4距离掌子面2的长度。需要说明的是，在测试过程中掌子面2随着爆破的进行会变动，但是全站仪4的位置是不变的，也即全站仪4的位置是根据初始的掌子面2来计算确定的，在后续的测量过程中，全站仪4的位置是不变的。需要说明的是，在测试的过程中，各种坐标的值是以全站仪4为原点坐标得到的。
38.步骤s102中，获取从第二次爆破每次爆破前玻璃纤维锚杆1的第二端头坐标是为了通过测量下一进尺爆破前玻璃纤维锚杆1端头的坐标，来计算上一进尺的掌子面2挤出变形量，这样可以使掌子面2充分的发生挤出变形，得到的变形量可信度更高。与玻璃纤维锚杆1的第一端头坐标的获取方式相同，玻璃纤维锚杆1的第二端头坐标也是通过假设在掌子面2后方的全站仪4测量得到的。
39.步骤s103中，根据第一端头坐标、每次爆破前的第二端头坐标，计算每次爆破的挤出变形量具体是：根据第一端头坐标、每次爆破前的第二端头坐标、玻璃纤维锚杆1的初始长度计算玻璃纤维锚杆1每次的进尺；将玻璃纤维锚杆1每次的进尺、爆破进尺之间的差值确定为每次爆破的挤出变形量。给出具体的示例进行说明：如图3所示，假设第二次爆破前玻璃纤维锚杆1的第二端头坐标为y2，第一端头坐标为y0，爆破进尺为l，玻璃纤维锚杆1的初始长度为l，则玻璃纤维锚杆1第一次爆破的进尺的计算为：l-(y0–
y2)；然后将该进尺与爆破进尺进行差值计算，得到第一次爆破的挤出变形量s1＝l-(l-(y0–
y2))＝(y0–
y2) l
–
l。通过
上述的计算方式，同样可以得到第二次爆破的挤出变形量s2＝(y0–
y3) 2l
–
l，其中y3为第三次爆破前玻璃纤维锚杆1的第二端头坐标；以此类推，假设第i次爆破前都测量的玻璃纤维锚杆1的第二端头的坐标为yi，得到第i个进尺(第i次爆破)掌子面2挤出变形量表达式为si＝(y0–yi 1
) il
–
l。需要说明的是，本技术实施例中玻璃纤维锚杆1的初始长度l是根据隧道开挖宽度、爆破进尺确定，具体的玻璃纤维锚杆1的初始长度为整数倍的爆破进尺l，且玻璃纤维锚杆1的初始长度大于三倍的隧道开挖宽度。爆破进尺l是一个根据施工需求预设的长度值。
40.步骤s104是将前述步骤中计算得到的每次爆破的挤出变形量进行叠加得到在玻璃纤维锚杆1的长度范围内的掌子面2的挤出变形量。结合上述的示例，即在玻璃纤维锚杆1的长度范围内的掌子面2的挤出变形量其中n是由玻璃纤维锚杆1的初始长度和爆破进尺所决定的。
41.为了对本技术实施例进行更清晰的说明，下面结合实际的施工流程对本技术实施例的方式进行说明，如图4所示，为本技术实施例提供的一种隧道掌子面挤出变形测试工程实施流程图。施工前准备
→
钻孔、打锚杆、架设全站仪4；具体按照上述实施例中确定的玻璃纤维锚杆1的长度，以及玻璃纤维锚杆1的直径、钻孔5的直径，全站仪4的安装位置进行钻孔、打锚杆、架设全站仪4的实施，其中如图5、图6所示，为钻孔定位示意图，图5是掌子面横切面钻孔示意图，图6为掌子面纵剖面钻孔示意图
→
爆破一进尺l
→
出渣、支护、衬砌等紧后工作
→
下次爆破前端头坐标y2，
→
得到第一进尺掌子面2挤出变形量s1＝(y0–
y2) l
–
l
→
以此类推得到第i个进尺掌子面2挤出变形量si＝(y0–yi 1
) il
–
l
→
累加得到掌子面2累积变形量。图4中的锚杆为玻璃纤维锚杆1，端头坐标y2为通过全站仪4测量得到的玻璃纤维锚杆1第二端头的坐标，图4中的各变量的含义与前述实施例中的保持一致，此处不再赘述。
42.基于以上描述，总结本技术实施例的有益效果如下：
43.1、应用玻璃纤维锚杆以及全站仪实现隧道掌子面挤出变形测试；
44.2、打入的玻璃纤维锚杆不会受到注浆以及与围岩接触产生的挤出变形，测量结果准确；
45.3、通过测量下一进尺爆破前玻璃纤维锚杆端头的坐标，来计算上一进尺的掌子面挤出变形量，这样可以使掌子面充分的发生挤出变形，得到的变形量可信度更高；
46.4、掌子面挤出变形测试方式简便，施工方便。
47.根据本技术实施例，还提供了一种用于实施上述图1-图6方法的隧道掌子面挤出变形测试装置200，如图7所示，该装置包括：第一获取单元201，用于获取玻璃纤维锚杆的第一端头坐标，所述第一端头坐标为所述玻璃纤维锚杆在掌子面前方的端头坐标，所述玻璃纤维锚杆为在隧道中心沿着隧道轴线打入的与围岩无接触的锚杆；第二获取单元202，用于获取从第二次爆破开始每次爆破前所述玻璃纤维锚杆的第二端头坐标，所述第二端头坐标为所述玻璃纤维锚杆露出掌子面的端头坐标；第一计算单元203，用于根据所述第一端头坐标、所述每次爆破前的所述第二端头坐标，计算每次爆破的挤出变形量；第二计算单元204，用于将每次爆破的挤出变形量进行叠加得到在所述玻璃纤维锚杆的长度范围内的掌子面的挤出变形量。
48.从以上的描述中，可以看出，本技术实施例的生成试卷的装置中，首先获取在隧道中心沿着隧道轴线打入的与围岩无接触的玻璃纤维锚杆的第一端头坐标，其中第一端头坐
标为玻璃纤维锚杆在掌子面前方的端头坐标；然后获取从第二次爆破开始每次爆破前玻璃纤维锚杆的第二端头坐标，其中，第二端头坐标为玻璃纤维锚杆露出掌子面的端头坐标；之后根据第一端头坐标、每次爆破前的第二端头坐标，计算每次爆破的挤出变形量；最后将每次爆破的挤出变形量进行叠加得到在玻璃纤维锚杆的长度范围内的掌子面的挤出变形量。本技术实施例通过测试和计算确定在隧道中心沿着隧道轴线打入的与围岩无接触的玻璃纤维锚杆的端头坐标的进尺，然后将该进尺与爆破进尺的差来确定单次爆破的基础变形量，最终实现玻璃纤维锚杆长度范围内的掌子面总的挤出变形的测试，该种测试方式简便又准确。
49.进一步的，如图8所示，所述第一计算单元203包括：计算模块2031，用于根据所述第一端头坐标、所述每次爆破前的所述第二端头坐标、所述玻璃纤维锚杆的初始长度计算所述玻璃纤维锚杆每次的进尺；确定模块2032，用于将所述玻璃纤维锚杆每次的进尺、爆破进尺之间的差值确定为每次爆破的挤出变形量。
50.进一步的，所述第一获取单元201和所述第二获取单元202还用于：通过掌子面后方的全站仪获取所述第一端头坐标、所述第二端头坐标。
51.进一步的，如图8所示，所述装置还包括：位置确定单元205，用于根据隧道开挖宽度确定所述全站仪的安装位置；长度确定单元206，用于根据所述隧道开挖宽度、所述爆破进尺确定所述玻璃纤维锚杆的初始长度。
52.进一步的，如图8所示，所述位置确定单元205，还用于：将距离掌子面三倍的所述隧道开挖宽度确定为所述全站仪的安装位置，所述全站仪沿隧道轴线安装。
53.进一步的，如图8所示，所述长度确定单元206，还用于：所述玻璃纤维锚杆的初始长度为整数倍的所述爆破进尺，且所述玻璃纤维锚杆的初始长度大于三倍的所述隧道开挖宽度。
54.进一步的，用于打入所述玻璃纤维锚杆的钻孔的直径大于所述玻璃纤维锚杆的直径，所述玻璃纤维锚杆与所述钻孔之间没有注浆。
55.具体的，本技术实施例的装置中各单元、模块实现其功能的具体过程可参见方法实施例中的相关描述，此处不再赘述。
56.根据本技术实施例，还提供了一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行上述方法实施例中的隧道掌子面变形测试方法。
57.根据本技术实施例，还提供了一种电子设备，包括：至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的计算机程序，所述计算机程序被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器执行上述方法实施例中的隧道掌子面变形测试方法。
58.显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本技术的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本技术不限制于任何特定的硬件和软件结合。
59.以上所述仅为本技术的优选实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。