一种隧道仰拱基底围岩注浆加固效果的评价方法

1.本技术涉及隧道工程的技术领域，尤其涉及一种隧道仰拱基底围岩注浆加固效果的评价方法。


背景技术：

2.因围岩过度变形而导致的仰拱开裂问题一直是困扰施工安全和线路运营的关键技术难题。注浆作为一种行之有效的仰拱开裂处治方法，已经在公路隧道中得到广泛应用，通过预先钻孔后将配置浆液直接或间接注入软弱基底加固围岩，可以有效控制基底软岩过度变形而避免引发仰拱开裂。但对于仰拱基底注浆效果的评估，尚没有统一的标准可以借鉴。
3.目前国内的注浆加固效果评价主要有四类方法，分别是分析评价法、钻孔检查法、开挖取样法和物探法。分析评价法主要为p-q-t曲线法，该方法过程复杂且对加固效果的分析仅为定性分析。钻孔检查法包括钻孔电视法、取芯率法和渗透系数法。钻孔电视法通过观察孔壁围岩的完整性及裂隙充填情况来判断注浆效果；提取率法通过测量芯样提取率的高低、破碎度和含水情况等对加固效果作出定性评价；渗透系数法的操作为在钻孔内进行注水，通过测试渗透系数是否下降来对注浆效果进行评价。开挖取样法包括力学参数对比法和加固效果观察法，力学参数对比法通过测试对比注浆前后地层含水率、压缩模量、抗压强度等力学参数的变化来反映围岩强度是否提升，从而评价注浆加固效果；加固效果观察法通过观察检测孔是否存在涌泥、涌水和塌孔等现象来定性评价加固效果。钻孔检查法和开挖取样法均需要对结构进行钻孔，若钻孔过少难以评价整体，钻孔过多会对结构造成破坏。物探法主要是通过仪器测量地层注浆前后波速和电阻率变化来评价注浆效果，物探法勘测深度较大，有一定的推广前景，但测量结果受环境干扰严重，仅作为辅助手段较为合适。
4.鉴于现存的注浆效果评价方法中存在的上述问题，开发出一种操作简便、可以准确评价仰拱基底围岩注浆效果，同时又不会对仰拱造成损害的注浆效果加固评价方法就显得尤为重要。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本技术提供一种隧道仰拱基底围岩注浆加固效果的评价方法，能够准确地测量注浆效果。
6.本技术提供一种隧道仰拱基底围岩注浆加固效果的评价方法，包括以下步骤：
7.s1、在注浆加固之前，在仰拱下方的预定位置布设土压力盒；
8.s2、使载荷物静止在试验段的指定区域上，以能够采集土压力盒的数据；
9.s3、使该载荷物定向移动在所述试验段的指定区域上，以在通过所述试验段的过程中能够采集土压力盒的数据；
10.s4、注浆加固完成后，重复s2-s3；
11.s5、分别比较注浆前、注浆加固后的二种情况下的载荷物静止对应的土压力盒数
据的变化幅度，若载荷物静止对应的土压力盒数据的变化幅度较大，则说明底部软弱破碎围岩注浆加固后注浆效果较好，反之则说明注浆效果不好；
12.比较注浆前、注浆加固后的二种情况下的载荷物运动对应的土压力盒数据的变化幅度；若载荷物运动对应的土压力盒数据的变化幅度较大且规律较为一致，则说明底部破碎围岩注浆加固后注浆效果较好，反之则说明注浆效果不好。
13.可选地，所述仰拱的预定位置仰拱的的左侧、右侧，其中，仰拱的左侧、右侧为位于隧道断面中线的二侧。
14.可选地，所述s2中，指定区域为试验段靠左部的位置、试验段中间的位置和实验段靠右侧的位置。
15.可选地，所述s3中，指定区域为试验段靠左部的位置、试验段中间的位置和实验段靠右侧的位置。
16.可选地，所述s3中，所述采集土压力盒的数据的周期采集，所述采集的频率为1次/s。
17.以上提供的评价方法操作简单，能够定量的评价仰拱底部围岩的注浆加固效果，通过注浆前后静载和动载下仰拱底部岩土体的荷载传递特性来判断注浆加固效果。该方法利用负载的卡车来进行试验，评估隧道基底的荷载传递特性，更接近实际，可为隧道后期的运营提供参考。且该试验对仰拱结构无损坏，在后期需要的时候可随时开展测试。
附图说明
18.下面结合附图，通过对本技术的具体实施方式详细描述，将使本技术的技术方案及其它有益效果显而易见。
19.图1为本技术实施例提供的土压力盒隧道断面埋设示意图；
20.图2为本技术实施例提供的土压力盒隧道俯瞰埋设示意图；
21.图3为本技术实施例提供的静载试验左部加载示意图；
22.图4为本技术实施例提供的静载试验中部加载示意图；
23.图5为本技术实施例提供的静载试验右部加载示意图；
24.图6为本技术实施例提供的动载试验左部加载示意图；
25.图7为本技术实施例提供的动载试验中部加载示意图；
26.图8为本技术实施例提供的动载试验右部加载示意图；
27.图9为本技术实施例提供的仰拱开裂的结构示意图；
28.图10为本技术实施例提供的静载试验注浆前、注浆后的对比测试数据图；
29.图11为本技术实施例提供的动载试验注浆前的测试数据图；
30.图12为本技术实施例提供的动载试验注浆后的测试数据图。
31.其中，图中元件标识如下：
32.1、围岩；2仰拱；3、二次衬砌；4、仰拱混凝土填充；5、土压力盒；6、线缆；7、混凝土填充面；8、试验车辆；9、动载左部加载路线；10、动载中部加载路线；11、动载右部加载路线。
具体实施方式
33.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，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
34.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
35.在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
36.下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本技术的不同结构。为了简化本技术的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本技术。此外，本技术可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本技术提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
37.本技术实施例提供的隧道仰拱2基底围岩1注浆加固效果的评价方法，其特征在于，包括以下步骤：
38.s1、在注浆加固之前，在仰拱2下方的预定位置布设土压力盒5；
39.s2、使载荷物静止(简称“静载”)在试验段的指定区域上，以能够采集土压力盒5的数据；
40.s3、使该载荷物定向移动(简称为“动载”)在所述试验段的指定区域上，以在通过所述试验段的过程中能够采集土压力盒5的数据；
41.s4、注浆加固完成后，重复s2-s3；
42.s5、分别比较注浆前、注浆加固后的二种情况下的载荷物静止对应的土压力盒5数据的变化幅度，若载荷物静止对应的土压力盒5数据的变化幅度较大，则说明底部软弱破碎围岩1注浆加固后注浆效果较好，反之则说明注浆效果不好；
43.比较注浆前、注浆加固后的二种情况下的载荷物运动对应的土压力盒5数据的变化幅度和变化规律；若载荷物运动对应的土压力盒5数据的变化幅度较大且规律较为一致，则说明底部破碎围岩1注浆加固后注浆效果较好，反之则说明注浆效果不好。
44.如本文所用，上述术语“载荷物”可以是一切具有明显重物的物件，包括但不限于卡车等。
45.针对前文已述“若载荷物静止对应的土压力盒5数据的变化幅度较大，则说明底部软弱破碎围岩1注浆加固后注浆效果较好”、“若载荷物运动对应的土压力盒5数据的变化幅度较大且规律较为一致，则说明底部破碎围岩1注浆加固后注浆效果较好”的具体理解过程是：仰拱2下方围岩1极度软弱，难以提供足够的承载力导致仰拱2产生不均匀沉降从而开裂。参考图1，若围岩1都是软岩(近似土)，那么加载的时候荷载通过上部结构传下来之后，
围岩1会产生大变形，而土压力盒5并不会受到很大的力；若围岩1是很坚硬的岩石，那么变形会很小，但受到的力会很大。所以变化幅度大说明围岩1完整性和强度等参数得到提升，载荷物运动情况下土压力盒5数据的变化规律较为一致说明传力路径较为完善，也就是加固效果好。
46.至于这里“变化幅度”的实际大小，可根据实际土压力盒5的实际水平大小来设置。
47.作为一种可示范地实现方式，仰拱2的预定位置仰拱2的左侧、右侧和中部，其中，仰拱2的左侧、右侧为位于隧道断面中线的二侧。
48.可以理解的是，隧道断面中线的位置即为仰拱2的中部位置。
49.对应地，s2中，指定区域为试验段靠左部的位置、试验段中间的位置和实验段靠右侧的位置。
50.此处，分别测试在试验段的靠左部的、中部和靠右部的位置这三个位置的设计考虑是：参考图9，由于通常而言，因下方围岩软弱破碎会导致仰拱2约在中部位置纵向开裂，压力盒埋在左侧和右侧，因此设置了左、右二个加载位置，基本可以覆盖整个仰拱2。而且考虑到该隧道是高速公路隧道，隧道通车后大部分情况是车辆在路两侧分别行使，所以这样设计。
51.在s3中，指定区域为试验段靠左部的位置、试验段中间的位置和实验段靠右侧的位置。
52.鉴于在s2中已经详见阐述过此特定区域的设计考虑，而s3的上述设计同s2，与此不再详尽。
53.在s2中，对载荷物静止时对应土压力盒5数据的采集，可以采用三个数取平均值的方式。注意，此处“三次”仅仅是一个示范，具体平均值的次数根据实际需要调整。
54.在s3中，所述采集土压力盒5的数据的周期采集，所述采集的频率为1次/s。
55.现在针对一个常见的具体试验应用例，来阐述本技术注浆加固效果评价的操作过程。应当注意的是，此常见的实施方案不可作为理解本技术所声称所要解决技术问题的必要性特征认定的依据，其仅仅是示范而已。
56.《具体试验应用例》
57.参见图1-图2所示，首先在隧道施工时，选择需要开展仰拱基底围岩注浆加固的试验段，同步埋设一组监测仪器。在仰拱2施做之前，在仰拱2底部左右两侧(按照隧道断面中线将仰拱分为左侧和右侧两部分)的中间和围岩1刚接触的位置各埋设一个土压力盒5，并将土压力盒线缆6接出至隧道两边，避免被施工车辆碾压。
58.参加图1所示，待仰拱混凝土填充4和二次衬砌3施工完成后，在混凝土填充面7上开展注浆加固前的静载试验和动载试验。
59.参见图3-图5所示，将卡车8分别停定在试验段中间靠左部、中部、右部的位置，分别测量仰拱左侧及右侧压力盒5的数据。
60.参见图6-图8所示，司机驾驶正常负载的卡车8以尽可能慢的速度分别按照动载左部加载路线9、动载中部加载路线10、动载右部加载路线11缓慢通过试验段左部，过程中采集仪对左侧和右侧压力盒5不间断测数，当动载试验开始时，卡车8后轮在试验段的端部，当卡车8后轮到达试验段的另一端时，停止测数。动载试验中采集仪采集频率约为1次/s。
61.注浆加固完成后，以同样的标准再次完成静载试验和动载试验。
62.注浆加固前后的静载试验完成后，分别对比注浆前后两次静载试验中左侧土压力盒和右侧土压力盒在左部、中部、右部测量数据的变化幅度，若变化幅度较大则说明底部软弱破碎围岩注浆加固后，强度提升、软弱程度降低，注浆效果较好，反之则说明注浆效果不好。
63.注浆加固前后的动载试验完成后，分别对比注浆前后两次动载试验中左侧土压力盒和右侧土压力盒在左部、中部、右部测量数据的变化幅度和变化趋势，若注浆后变化幅度较大且变化趋势接近，则说明底部软弱破碎围岩注浆加固后，强度提升、软弱程度降低，注浆效果较好，反之则说明注浆效果不好。
64.需要强调的是，本技术评价方法的核心在于，通过对比注浆前后的静载试验(即载荷物静止的情形下)和动载试验(载荷物运动情形下)中所测压力的变化幅度和变化趋势来判断荷载的传递特性，从而评价仰拱基底围岩的注浆加固效果。
65.关于这一原理的客观可行性，本发明人有了试验论证。该试验的条件为前文具体试验应用例的操作条件。
66.参考图10，在静载试验的操作中，注浆加固后，左盒压力和右盒压力变化幅度有所增大，该试验段注浆加固效果有效。
67.在动载试验的操作中，注浆前详见图11，卡车在试验段左、中、右侧加载过程中，左盒压力均呈先增大而后减小趋势，规律较为稳定。右盒压力变化规律随加载位置的变化而变化，差异较大。动载试验过程中左盒压力大于右盒压力，左盒压力的变化幅度1.2
×
10-3
mpa大于右盒压力的对应值0.5
×
10-3
mpa。结合仰拱试验段受力监测情况推测主要原因为仰拱左侧围岩相对较为完整，荷载传递性相对更好，而右侧围岩相对更为破碎疏松，荷载传递性相对较差。
68.注浆后参考图12，左侧压力盒在这里已损坏。看右侧压力盒，荷载传递规律稳定且总体变化幅度增大(相对于图10)，说明注浆加固后，仰拱右侧下方围岩加固效果较好，稳定性提高，动荷载传递性增强，因此对压力盒数据规律变化较稳定。
69.以上所述，仅为本技术较佳的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。