标准规范下载简介
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声发射试验采用美国PAC公司的DiSP声发射
(b）声发射监测区域位置示意图(单位：mm)
DB32∕T 3710-2020 玄武岩纤维沥青路面施工技术规范图1声发射监测区域位置图 Fig.1 Location of AE monitoring zone
图2声发射监测区节理裂隙分布(单位：m)16) Fig.2Distribution of joints and cracks near AE monitoring Zone(unit: m)[16)
测试系统，该系统包括：传感器、前置放大器、声 发射采集卡、主机系统和处理软件，采集系统及工 作原理见图3。 根据前期现场声发射试验，传感器选用谐振频 率为40KHz的SR40M型号传感器为宜：为了更好、
(c）声发射监测原理示意图 图3声发射监测系统及原理 Fig.3AE monitoring system and principle
2.3传感器布置方案及
2.4波在大理岩中的传播速度
试验前测定波在围岩中的传播速度，掌握波在 围岩中传播的规律，对于正确分析声发射监测结果， 评定围岩损伤区范围及程度是十分重要的。 但由于本次试验具有如下特点：（1）传感器安 装钻孔较深(2830m)：(2）传感器间的距离相对较
陈炳瑞，等，深埋隧洞TBM施工过程围岩损伤演化声发射试验
2.5波在大理岩中的衰减规律
图6衰减测试传感器布置简图(单位：mm) Fig.6 Location of sensors of attenuation test(unit:mm
从试验结果可以看出，不同传播方向声波的衰 减规律有所不同；声发射信号衰减基本遵循负指数 衰减规律，但衰减幅值明显低于美国物理声学公司 建议的材料衰减规律17]。 在节理和裂隙比较发育的不良条件下，不足 100dB的声发射信号，衰减至45dB前仍能传播
1.5m左右，在地质条件较好的岩体中，应能传播更 远，现场开挖过程中岩体破裂释放的能量往往更高， 因此，传感器对于5m左右微破裂信号应该可以监 测到的，也就是说目前的传感器布置方案是合理的。
2.6TBM开挖声发射监测参数设置
围岩微破裂识别算法，即微破裂源定位算法， 是根据传感器坐标和传感器监测到时，确定破裂源 位置和时间，进而评定围岩损伤范围和损伤程度的 种分析方法，在岩石工程等众多领域有着广泛应 用。 微破裂源定位算法种类众多，最常用的是 Geiger定位方法[18]，该方法是一种将源定位这一非 线性问题，通过忽略高阶项，转化为线性问题的 种经典定位方法，基本原理可简述如下： 假设n个传感器的观测到时为W，W²，·*，W。， 求源位置（x，y，z）和微破裂发生时间t，使得目标 函数最小，目标函数为
式中：f(B)为计算监测到时；B为微破裂发生时 间和微破裂源三维坐标；x，，z为第k个传感器 位置坐标；V为波在介质中传播的速率。 对于式(1)的求解，最常用的是最小二乘法，即 令B=b，bz，*.*，bm}，m=4，分别为微破裂发生 时间和微破裂源三维坐标，为了使B满足使Q最 小，b应满足如下方程组：
Q=0 (i=l, 2, ***, m) Ob
由于f(B)为非线性表达式，式(1)无法直接求 解，通常通过泰勒展开，略去二次及二次以上的项， 使其线性化，逐次送代使其解逼近真值。
4TBM施工围岩损伤演化特征
同轴线方向围岩损伤演化
擎子面距监测断面距离/m
Fig.9Distribution of AE events before tunnel face when TBM excavates to monitoring zone
TBM开挖至高应力区时，为了有效地减缓岩爆 发生的概率和烈度，对掌子面前方区域进行应力释 放时，钻孔布置应确保穿过声发射强活动区，深度 以不低于10m为宜，这一结论为强岩爆区掌子面前 方应力释放孔的设计提供了第一手的现场试验资 料；掌子面后，应在强损伤破裂区形成前及时对围 岩进行喷锚支护，尽量保持围岩的完整性，可有效 须防掘进时应力调整直接引起的岩爆，也可预防掘 进后应力再次调整诱发的岩爆。
4.2沿洞径方向围岩损伤演化规律
陈炳瑞，等，深埋隧洞TBM施工过程围岩损伤演化声发射试验
建标 121-2009 救灾物资储备库建设标准(c）围岩损伤演化机制(单位：m) 图10TBM开挖沿洞径方向围岩损伤演化及机制 Fig.10 Damage evolution and mechanism of surrounding rock along radial direction of tunnel during TBM excavation
岩石室内试验表现出的力学特征进行解释说明 图10（c）
TBM开挖后应力场不但大小而且方向发生 系列调整，洞壁处应力状态由原来的三向应力，调 整为两向应力，对于理想弹性材料，最大主应力场 寅化规律如图10(c)虚线所示，但对于岩石这种非均 质天然地质材料，随着应力的集中，当超过材料的 承载极限时，必然发生一系列的微破坏，致使围岩 的承载能力下降，该区域围岩体主要表现为峰值后 力学特性，主要发生区为图10所示的开挖松动区I； 随着距洞壁的距离的增加，围岩承受的最大载荷进 步降低，围压进一步增加，围岩体只是出现了旧 裂隙的扩展和新裂隙的萌生，并未形成裂隙的贯通 与宏观破坏，该区围岩主要表现为岩石加载破坏前 的力学特性，仍具有很高的承载能力，该区域为 TBM开挖损伤区II(见图10)；随着距离的进一步增 加，围岩应力场基本趋于原岩应力场，岩体虽受扰 动但基本表现为原岩的力学特性，该区为TBM开 挖围岩扰动区IⅡII。 因此，支护措施选取时，锚杆的长度要足以穿 过松动区，保证其在完整岩石区的入岩深度不小于 1m为宜，这一结论为强岩爆区6m支护锚杆的设 计提供了重要参考依据
(1）TBM开挖，围岩损伤破裂释放的弹性波是 种宽频段多种波型（如P波和S波)混合的复合波， 式验采用的是单向谐振型传感器，传感器频率范围 有限，且只能监测到一个方向应力波，再加上传感 器的耦合、信号的衰减和不良地质条件等诸多因素 的影响，监测到的只是某种特定尺寸微破裂所释放 的信号，反应的只是围岩微破裂一般特征和规律， 若要获得理想的全面的声发射信号，声发射监测时 应采取多频段、多型号传感器互补的策略。 (2）TBM本身的振动、刀盘碎岩及锚杆钻机等 现场噪音是影响声发射监测及分析的重要因素，尽 管论文已对声发射信号进行滤噪，但受监测系统及 目前滤波技术的限制，滤噪主要是单指标滤噪，仍 有许多干扰信号（无其是TBM破岩的噪音）无法较 子地滤去，影响最后的试验结果。因此，综合考虑 多种滤波指标，研究新的滤波方法，进一步减小环 镜噪音的影响是必要的。 (3）声发射定位结果出现了如图9和10(b)(一些 波裂源出现在已开挖的隧洞里）所示的不合理现象，
通过TBM施工声发射试验，对TBM施工诱发 的围岩损伤进行了分析与研究，得到了如下结论： (1）沿洞轴线方向，TBM开挖时掌子面前约 0m的范围内围岩已受到不同程度的损伤与扰动， 但主要损伤集中在掌子面前约6m的范围内，TBM 开挖后围岩损伤破裂主要集中在掌子面后7m的范 围内，其中以掌子面后3m时为最。 (2）沿洞径方向，围岩受损伤的范围约9m，其 中3m范围内为松动区，3~9m为损伤区，9~22m 为扰动区。 (3）根据岩石峰值强度前后的力学特性和声发 射演化规律，从机制上解释了岩石损伤演化规律与 松动区、损伤区和扰动区划分的依据。 (4）在掌子面前进行应力解除爆破时，钻孔布 置应确保穿过声发射强活动区，深度以不低于10m 为宜；掌子面后，应在强损伤破裂区形成前及时对 围岩进行喷锚支护，尽量保持围岩的完整性；支护 措施选取时，锚杆的长度要足以穿过松动区，保证 其在完整岩石区的入岩深度不小于1m为宜。 （5）分析过论了传感器选取与布置、现场噪音
及地质条件等各种因素对围岩损伤结果的影响及进 步发展的方向。 试验成果对于评价围岩损伤范围评价及损伤机 制的认识具有重要意义：对掌子面前应力释放孔的 设计，现场支护措施的设计，支护时机的选取具有 实际参考价值；对相关研究工作的深入开展具有重 要参考价值。 致谢本试验的开展是在中国水电顾问集团华东勘 则设计研究院、二滩水电开发有限责任公司、杭州 华东工程检测技术有限公司、浙江华东建设工程有 限公司的协助下完成的，试验方法的许多改进和他 门的积极建议是分不开的：于洋硕士、李邵军博士 和李占海博士试验过程中的辛苦努力和有意义的建 议也是本试验成功完成的基础，在此表示衷心的感 射！
参考文献(References）：
陈炳瑞，等，深埋隧洞TBM施工过程围岩损伤演化声发射试验
T／CEC 221-2019标准下载[T/]Physical Acoustic Corporation Junction: Physical Acoustic Corporation, 2001. [18] GEIGER L. Probability method for the determination of earthquake