本發(fā)明涉及巖體測量技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于跡線確定巖體結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀的方法。

背景技術(shù)：

巖體結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀是巖體工程地質(zhì)研究的一項(xiàng)重要內(nèi)容，其主要包括三大要素，分別是：走向：結(jié)構(gòu)面與水平面的交線為該結(jié)構(gòu)面的走向線，走向線兩端所指方向即為結(jié)構(gòu)面的走向；傾向：垂直于走向線，沿傾斜結(jié)構(gòu)面向下方所引的直線為該結(jié)構(gòu)面的傾斜線，傾斜線在水平面上的投影線所指的方向即為結(jié)構(gòu)面的傾向；傾角：傾斜線與其在水平面上的投影線間的夾角即為結(jié)構(gòu)面的傾角。

目前，常規(guī)的方式是采用地質(zhì)羅盤等工具對巖體的結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀的相應(yīng)要素進(jìn)行測量。但是，在一些開挖工程中，開挖方向與巖體結(jié)構(gòu)面走向呈小角度相交；其中，當(dāng)開挖方向與巖體結(jié)構(gòu)面走向之間的夾角為0～30°時，即認(rèn)為二者呈小角度相交，此時，開挖面與巖體結(jié)構(gòu)面之間的夾角為60～90°；其中，開挖面指開挖過程中沿開挖方向向前推進(jìn)的工作面，其與開挖方向相垂直。在此類巖體開挖工程中，由于開挖面與巖體結(jié)構(gòu)面走向之間的夾角介于90°附近，因此在任一開挖面上的巖體結(jié)構(gòu)面出露的面積均非常小，導(dǎo)致無法直接將地質(zhì)羅盤貼到巖層結(jié)構(gòu)面上，進(jìn)而無法直接對巖體結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀進(jìn)行測量。目前對于上述情況的處理方式，通常是根據(jù)個人主觀感覺大致確定一個方向后利用地質(zhì)羅盤進(jìn)行測量，但這種測量方式的準(zhǔn)確性難以保證。另外，施工現(xiàn)場往往存在大量金屬物件，如臺車、錨桿、鋼筋等，地質(zhì)羅盤容易受到磁場干擾，這也會導(dǎo)致其測量結(jié)果不準(zhǔn)確。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的技術(shù)問題是提供一種新的基于跡線確定巖體結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀的方法，尤其適用于開挖方向與結(jié)構(gòu)面走向呈小角度相交的巖體開挖工程。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：基于跡線確定巖體結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀的方法，包括對巖體結(jié)構(gòu)面走向的測量方法，所述巖體結(jié)構(gòu)面走向的測量方法包括如下步驟：

A、在開挖過程中，選取其中一開挖面作為第一開挖平面，在第一開挖平面中選取其中一巖體結(jié)構(gòu)面作為測量結(jié)構(gòu)面，所述測量結(jié)構(gòu)面與第一開挖平面形成的交線為第一交線，在第一交線上選取第一測量點(diǎn)A；選取一與開挖方向平行的豎平面作為參照面；測量所述第一測量點(diǎn)A的高程H1和第一測量點(diǎn)A至參照面的水平距離L1；

B、沿開挖方向繼續(xù)開挖一定距離ΔL后將對應(yīng)的開挖面作為第二開挖平面，所述測量結(jié)構(gòu)面與第二開挖平面形成的交線為第二交線，取第二交線上高程為H1所對應(yīng)的點(diǎn)為第二測量點(diǎn)B；測量所述第二測量點(diǎn)B至參照面的水平距離L2；

C、取α為巖體結(jié)構(gòu)面走向與開挖方向之間的夾角，并且有：

D、根據(jù)開挖方向以及上述夾角α，即可得到巖體結(jié)構(gòu)面的走向。

進(jìn)一步的是：還包括對巖體結(jié)構(gòu)面傾角的測量方法，所述巖體結(jié)構(gòu)面傾角的測量方法在上述巖體結(jié)構(gòu)面走向的測量方法的基礎(chǔ)上，還包括如下步驟：在所述第一交線上距第一測量點(diǎn)A一定距離的位置選取第三測量點(diǎn)C；測量第一測量點(diǎn)A與第三測量點(diǎn)C在第一開挖平面內(nèi)的水平向間距M和豎向間距N；取θ為巖體結(jié)構(gòu)面的傾角，并且有：

進(jìn)一步的是：還包括對巖體結(jié)構(gòu)面傾角的測量方法，所述巖體結(jié)構(gòu)面傾角的測量方法在上述巖體結(jié)構(gòu)面走向的測量方法的基礎(chǔ)上，還包括如下步驟：在所述第二交線上距第二測量點(diǎn)B一定距離的位置選取第四測量點(diǎn)D；測量第二測量點(diǎn)B與第四測量點(diǎn)D在第二開挖平面內(nèi)的水平向間距Q和豎向間距P；取θ為巖體結(jié)構(gòu)面的傾角，并且有：

進(jìn)一步的是：還包括對巖體結(jié)構(gòu)面傾角的測量方法，所述巖體結(jié)構(gòu)面傾角的測量方法在上述巖體結(jié)構(gòu)面走向的測量方法的基礎(chǔ)上，還包括如下步驟：測量所述第一交線在第一開挖平面的傾角γ；取θ為巖體結(jié)構(gòu)面的傾角，并且有：

進(jìn)一步的是：所述傾角γ的大小也可通過測量所述第二交線在第二開挖平面的傾角獲得。

進(jìn)一步的是：結(jié)合巖體結(jié)構(gòu)面走向和第一交線在第一開挖平面內(nèi)的偏向或者結(jié)合巖體結(jié)構(gòu)面走向和第二交線在第二開挖平面內(nèi)的偏向，得到巖體結(jié)構(gòu)面的傾向。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明所述方法無需使用地質(zhì)羅盤，因此能很好地應(yīng)用于巖體開挖過程中巖體結(jié)構(gòu)面出露面積小、羅盤無法緊貼結(jié)構(gòu)面進(jìn)行直接測量的情況，尤其適用于開挖方向與結(jié)構(gòu)面走向呈小角度相交的巖體開挖工程；同時，本發(fā)明所述的方法也不會受到磁場干擾；因此可在現(xiàn)場存在金屬物件的條件下獲得準(zhǔn)確的結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀信息。

附圖說明

圖1為以隧洞掘進(jìn)開挖為例的俯視圖；

圖2為圖1中第一開挖平面的截面示意圖；

圖3為圖1中第二開挖平面的截面示意圖；

圖4為A、B兩測量點(diǎn)在俯視方向的示意圖；

圖5為以A點(diǎn)作為原點(diǎn)建立的三軸坐標(biāo)系的軸側(cè)視圖；

圖6為以B點(diǎn)作為原點(diǎn)建立的三軸坐標(biāo)系的軸側(cè)視圖；

圖中標(biāo)記為：第一開挖平面1、測量結(jié)構(gòu)面2、第一交線3、參照面4、第二開挖平面5、第二交線6、隧洞7、第一測量點(diǎn)A、第二測量點(diǎn)B、第三測量點(diǎn)C、第四測量點(diǎn)D。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對本發(fā)明進(jìn)一步說明。

如圖1至圖4中所示為一隧洞開挖項(xiàng)目的具體實(shí)施例的示意圖，本發(fā)明所述的基于跡線確定巖體結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀的方法，其中隧洞的開挖方向與巖體結(jié)構(gòu)面呈小角度相交，其中小角度相交，指的是開挖方向與巖體結(jié)構(gòu)面的走向大致同向，其夾角通常小于30°；相應(yīng)的，與開挖方向垂直的開挖面則與巖體結(jié)構(gòu)面的走向呈近垂直狀態(tài)，一般介于60°至90°之間；而跡線則指的是巖體結(jié)構(gòu)面在開挖面上所呈現(xiàn)的軌跡線。本發(fā)明所述的基于跡線確定巖體結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀的方法，包括對巖體結(jié)構(gòu)面走向的測量方法，所述巖體結(jié)構(gòu)面走向的測量方法包括如下步驟：

A、在開挖過程中，選取其中一開挖面作為第一開挖平面1，在第一開挖平面1中選取其中一巖體結(jié)構(gòu)面作為測量結(jié)構(gòu)面2，所述測量結(jié)構(gòu)面2與第一開挖平面1形成的交線為第一交線3，在第一交線3上選取第一測量點(diǎn)A；選取一與開挖方向平行的豎平面作為參照面4；測量所述第一測量點(diǎn)A的高程H1和第一測量點(diǎn)A至參照面4的水平距離L1；

B、沿開挖方向繼續(xù)開挖一定距離ΔL后將對應(yīng)的開挖面作為第二開挖平面5，所述測量結(jié)構(gòu)面2與第二開挖平面5形成的交線為第二交線6，取第二交線6上高程為H1所對應(yīng)的點(diǎn)為第二測量點(diǎn)B；測量所述第二測量點(diǎn)B至參照面4的水平距離L2；

C、取α為巖體結(jié)構(gòu)面走向與開挖方向之間的夾角，并且有：

D、根據(jù)開挖方向以及上述夾角α，即可得到巖體結(jié)構(gòu)面的走向。

其中，對于第一開挖平面1的選取，理論上并沒有任何限制，一般而言，可根據(jù)實(shí)際情況，在需要進(jìn)行巖體結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀測量工作時，適當(dāng)選取相應(yīng)的開挖面作為第一開挖平面1。在確定第一開挖平面1后進(jìn)行相應(yīng)的測量時，應(yīng)當(dāng)停止開挖工作，然后測量人員在第一開挖平面1上根據(jù)情況選取其中一巖體結(jié)構(gòu)面作為測量結(jié)構(gòu)面2。由于本發(fā)明針對的是結(jié)構(gòu)面走向與開挖方向小角度相交的開挖工程，因此在整個開挖面上，其各巖體結(jié)構(gòu)面將呈附圖2和3中所示的條帶狀，參照附圖中所示；可選取其中一巖體結(jié)構(gòu)面作為測量結(jié)構(gòu)面2，相應(yīng)的所述測量結(jié)構(gòu)面2與第一開挖平面1的交線為第一交線3，如圖2中所示的粗實(shí)線部分即為第一交線3，相應(yīng)的該第一交線3即為相應(yīng)的測量結(jié)構(gòu)面在第一開挖面1上的跡線。然后，再在第一交線3上選取第一測量點(diǎn)A；第一測量點(diǎn)A的選取也并沒有限制，一般選取便于進(jìn)行相應(yīng)測量的位置即可。巖體中的結(jié)構(gòu)面，是指巖體內(nèi)具有一定方向、延展較大、厚度較小的面狀地質(zhì)界面，包括物質(zhì)的分界面和不連續(xù)面，如層面、沉積間斷面、節(jié)理、斷層、厚度較薄的軟弱夾層等；上述測量結(jié)構(gòu)面走向過程中選取的測量結(jié)構(gòu)面為一層面；當(dāng)然，理論上其也可為其它類型的與開挖方向小角度相交的任一結(jié)構(gòu)面。而對于參照面4，其是用于之后測量第一測量點(diǎn)A至該參照面4的水平距離L1以及后續(xù)測量第二測量點(diǎn)B至該參照面4的水平距離L2。參照面4應(yīng)當(dāng)滿足為豎直平面，并且其應(yīng)當(dāng)與開挖方向平行；例如附圖2至圖4中所示，為選取的開挖隧洞7其中一側(cè)的豎直側(cè)壁作為參照面4。

在對第一開挖平面1進(jìn)行相應(yīng)的測量后，可繼續(xù)進(jìn)行開挖掘進(jìn)工作，當(dāng)繼續(xù)開挖一定距離ΔL后，選取相應(yīng)的開挖面作為第二開挖平面5；然后在第二開挖平面5上選取出相應(yīng)的第二交線6；當(dāng)然，上述一定距離ΔL必然要求ΔL＞0，同時ΔL的具體長度理論上并沒有嚴(yán)格限制，可根據(jù)實(shí)際情況而定，只要保證第二交線6始終位于第二開挖平面5內(nèi)即可。需要注意的是，為了保證測量結(jié)果的準(zhǔn)確性，要求確保第二開挖平面5上的第二交線6為第二開挖平面5與測量結(jié)構(gòu)面2的交線，即該測量結(jié)構(gòu)面2在第二開挖平面5上的跡線。當(dāng)然，不失一般性，由于測量結(jié)構(gòu)面2在開挖面上的位置會隨著開挖的進(jìn)行而隨之變化，因此為了實(shí)現(xiàn)對測量結(jié)構(gòu)面2的準(zhǔn)確辨認(rèn)，以便準(zhǔn)確地確定出第二交線6，可以在步驟A中，在第一開挖平面1上進(jìn)行初次選取測量結(jié)構(gòu)面2時，選取便于識別或者具有一定特點(diǎn)的結(jié)構(gòu)面作為測量結(jié)構(gòu)面2或者也可在開挖過程中不斷地觀察和記錄測量結(jié)構(gòu)面2的位置變化情況，以確保在第二開挖平面5上能準(zhǔn)確的確認(rèn)出第二交線6。在確認(rèn)出第二交線6之后，即可在第二交線6上高程為H1的位置選取出第二測量點(diǎn)B，然后測量出第二測量點(diǎn)B至參照面4的水平距離L2。

需要指出的是，上述所述第一測量點(diǎn)A的高程H1，理論上指第一測量點(diǎn)A的海拔高度或者相對某一基準(zhǔn)水平面而言的高度差。本發(fā)明中，測量第一測量點(diǎn)A的高程H1，其實(shí)際目的是用于在第二交線6上選取出相同高程位置的B點(diǎn)；即是為了保證A、B兩點(diǎn)在同一水平面上。因此，除了采用海拔高度作為高程H1以外也可將對高程H1的測量借助相應(yīng)的參照水平面來實(shí)現(xiàn)；如在附圖2和3中所示的情況，當(dāng)開挖隧洞的底面為一水平面時，可通過測量第一測量點(diǎn)A至隧洞底面之間的距離作為H1，然后用于確定B點(diǎn)的位置，即B點(diǎn)至隧洞底面之間的距離也應(yīng)當(dāng)為H1，這樣即可確保A、B兩點(diǎn)在同一水平面上。

通過上述測量后，參照附圖4中所示，其中AB線段所在的直線，實(shí)際即為巖體結(jié)構(gòu)面的走向線；而由于開挖方向一般是在工程項(xiàng)目設(shè)計時就已經(jīng)確定的，因此只需要獲知走向線與開挖方向的夾角α后即可獲知巖體結(jié)構(gòu)面的走向。其中夾角α可通過下面方式計算得到，參照附圖4中所示，有因此，本發(fā)明中只需要測量并得到相應(yīng)的L1、L2和ΔL后即可計算出相應(yīng)的夾角α，然后結(jié)合開挖方向，即可得到巖體結(jié)構(gòu)面的走向；其中，開挖方向指的是開挖隧洞的軸線方向在水平面上的投影方向。

另外，本發(fā)明所述的基于跡線確定巖體結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀的方法，除包括上述對巖體結(jié)構(gòu)面走向的測量方法外，還包括對巖體結(jié)構(gòu)面傾角的測量方法，所述巖體結(jié)構(gòu)面傾角的測量方法在上述巖體結(jié)構(gòu)面走向的測量方法的基礎(chǔ)上可結(jié)合如下三種不同方式實(shí)現(xiàn)：

第一種為，進(jìn)一步在所述第一交線3上距第一測量點(diǎn)A一定距離的位置選取第三測量點(diǎn)C；測量第一測量點(diǎn)A與第三測量點(diǎn)C在第一開挖平面1內(nèi)的水平向間距M和豎向間距N；取θ為巖體結(jié)構(gòu)面的傾角，并且有：具體可參照附圖5中所示。

第二種為，進(jìn)一步在所述第二交線6上距第二測量點(diǎn)B一定距離的位置選取第四測量點(diǎn)D；測量第二測量點(diǎn)B與第四測量點(diǎn)D在第二開挖平面5內(nèi)的水平向間距Q和豎向間距P；取θ為巖體結(jié)構(gòu)面的傾角，并且有：具體可參照附圖6中所示。

第三種為：進(jìn)一步測量所述第一交線3在第一開挖平面1的傾角γ；取θ為巖體結(jié)構(gòu)面的傾角，并且有：其中，上述傾角γ的大小也可通過測量所述第二交線6在第二開挖平面5上的傾角獲得；即第一交線3在第一開挖平面1的傾角實(shí)際應(yīng)當(dāng)與第二交線6在第二開挖平面5上的傾角相等。具體可參照附圖5或6中所示。

下面以附圖5中所示為例，闡述巖體結(jié)構(gòu)面傾角的測量方法的具體計算原理：首先以第一測量點(diǎn)A作為原點(diǎn)建立三軸坐標(biāo)系A(chǔ)-XYZ；且以XAY平面為水平面，同時Y方向?yàn)楣こ涕_挖方向所在方向。相應(yīng)的XAZ平面即為第一開挖平面1，而過B點(diǎn)且與XAZ平面平行的平面為第二開挖平面5；此時有A、C兩點(diǎn)均位于第一開挖平面1內(nèi)，A、B兩點(diǎn)均位于XAY平面內(nèi)；以C點(diǎn)做X軸的垂線CE，且交點(diǎn)為E，以E點(diǎn)做AB所在直線的垂線EF，且交點(diǎn)為F；此時有，A、B、C三點(diǎn)所確定的平面即為測量結(jié)構(gòu)面2，AB所在直線為走向線，角∠EFC即為巖體結(jié)構(gòu)面的傾角θ，角∠YAB即為上述測得的夾角α；此時結(jié)合三角函數(shù)關(guān)系即可計算并得出另外，若規(guī)定角∠CAE為傾角γ，則也可以計算并得出因此，在上述已經(jīng)計算得出夾角α的情況下，只需要再測量出相應(yīng)的N值和M值或者測量出γ的角度大小，即可計算出巖體結(jié)構(gòu)面的傾角θ的值，這樣即可獲知巖體結(jié)構(gòu)面的傾角參數(shù)。同理，上述第二種方式參照附圖6中所示，也可得出相應(yīng)的巖體結(jié)構(gòu)面的傾角θ的公式，此時也只需要測量出相應(yīng)的P值和Q值或者測量出γ對應(yīng)的角度值大小后即可計算出巖體結(jié)構(gòu)面的傾角θ的值。而上述N值和M值或傾角γ的值或者P值和Q值等，均可對應(yīng)地在第一開挖平面1及第二開挖平面5內(nèi)直接通過相應(yīng)的測量工具測得，而且測量過程只需要用到如直尺、角度尺等常規(guī)的測量工具即可；因此可非常方便地進(jìn)行測量。

最后，還可結(jié)合巖體結(jié)構(gòu)面走向和第一交線3在第一開挖平面1內(nèi)的偏向，得到巖體結(jié)構(gòu)面的傾向。其中所謂第一交線3在第一開挖平面1內(nèi)的偏向，指的是在正對第一開挖平面1時，相對于豎直方向該第一交線3朝向結(jié)構(gòu)面下坡方向是向左側(cè)偏斜還是向右側(cè)偏斜，如參照附圖2中所示，測量人員可通過現(xiàn)場的直接觀測得到第一交線3是向左側(cè)偏斜的情況；當(dāng)然，如果第一交線3大致豎直，導(dǎo)致測量人員不便于通過直接觀測得到其偏向時，可借助其傾角γ的測量結(jié)果得到其偏向。另外，在特殊情況下，如當(dāng)?shù)谝唤痪€3為豎直的情況時，則表明巖體結(jié)構(gòu)面是豎直的結(jié)構(gòu)，因此其并沒有傾向。同理，也可結(jié)合巖體結(jié)構(gòu)面走向和第二交線6在第二開挖平面5內(nèi)的偏向，得到巖體結(jié)構(gòu)面的傾向。

上述確定傾向的具體計算過程如下：以附圖5中所示為例，并且假設(shè)開挖方向?yàn)檎狈较颍磮D5中的y方向?yàn)檎狈较?；?dāng)?shù)玫綆r體結(jié)構(gòu)面的走向后，參照附圖5中所示，其巖體結(jié)構(gòu)面的走向?yàn)镹E方向(北偏東方向)，同時將與開挖方向大致同向的方向設(shè)定為前方；此時結(jié)合第一交線3是向左側(cè)偏斜的情況，則可得到巖體結(jié)構(gòu)面的傾向?yàn)镹W方向(北偏西方向)；而假如第一交線3是向右側(cè)偏斜的情況時，則可以得到巖體結(jié)構(gòu)面的傾向?yàn)镾E方向(南偏東方向)。同理，當(dāng)其巖體結(jié)構(gòu)面的走向?yàn)镹W方向(北偏西方向)的情況下，若此時第一交線3是向左側(cè)偏斜的情況，則可得到巖體結(jié)構(gòu)面的傾向?yàn)镾W方向(南偏西方向)；而假如第一交線3是向右側(cè)偏斜的情況時，則可以得到巖體結(jié)構(gòu)面的傾向?yàn)镹E方向(北偏東方向)。當(dāng)然，由于傾向垂直于走向，因此，在得到傾向的大概方向后，結(jié)合走向的具體角度，即可得到傾向的具體角度。

最后，還需要指出的是，在附圖5中的CF線段或者在附圖6中的DF`線段所在直線即為傾斜線所在直線，同時EF線段或者E`F`所在直線實(shí)際即為巖體結(jié)構(gòu)面的傾向所在直線。