CN108446499A - 一种确定突涌隐患隧道帷幕注浆长度和可开挖长度的方法 - Google Patents

一种确定突涌隐患隧道帷幕注浆长度和可开挖长度的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种确定突涌隐患隧道帷幕注浆长度和可开挖长度的方法，包括建立突涌灾害爆发基本模型，确定修正纵向基准长度L修的计算公式；注浆前通过勘察与试验获取帷幕注浆段及前方段落的水压、围岩强度、与掌子面的距离的数据，确定本循环帷幕注浆计划长度、计划开挖长度、计划预留长度；注浆后通过勘察与试验获取帷幕注浆段及前方段落的水压、围岩强度、与掌子面的距离的数据，检验帷幕注浆段的治理质量，最终确定本循环帷幕注浆区段的可开挖长度、预留长度。本发明能够科学、合理地估算突涌隐患隧道帷幕注浆长度、可开挖长度、预留长度，避免突涌隐患转化为突涌灾害，防范在开挖过程爆发突涌灾害。

Description

一种确定突涌隐患隧道帷幕注浆长度和可开挖长度的方法
技术领域
本发明涉及隧道与地下工程突涌灾害分析方法，具体涉及一种确定突涌隐患隧道帷幕注浆长度和可开挖长度的方法。
背景技术
隧道突涌隐患区区段较长的隧道，采用帷幕注浆来治理，若不能一次性将突涌隐患区全部消灭掉，则需要进行2循环或2循环以上的帷幕注浆及开挖，每循环计划帷幕注浆长度为多长，以及帷幕注浆后可开挖长度与预留长度为多长，既涉及到总工期和总费用，同时也涉及到施工安全，是治理隧道突涌隐患中的难题。
传统上，人们主要依靠工程经验来解决该问题，张民庆等在《地下工程注浆技术》一书中较系统地介绍了隧道及地下工程中帷幕注浆长度、开挖预留长度的经验。按两个步骤进行。
(1)先确定帷幕厚度
①按理论公式确定帷幕注浆厚度
隧道及加固范围可简化厚壁筒模型，(见图1)，帷幕注浆厚度按第四强度理论计算，结果如下式所示：
式中：B1为帷幕厚度(m)；σ为围岩固结体允许抗压强度(MPa)；Pz为最大静水压力(MPa)；D为隧道开挖等效直径(m)。
②按经验公式确定帷幕注浆厚度
根据以往隧道工程注浆加固和堵水施工经验，按下列公式计算加固范围和帷幕厚度：
B1＝·(0.5～1.0)D，
(2)再确定帷幕注浆段落长度、开挖长度、预留长度
按如下经验公式确定确定帷幕注浆段落长度、开挖长度、预留长度：
L帷幕＝(3～5)B1，
L可开＝(0.7～0.8)L帷幕，
L余留＝(0.2～0.3)L帷幕，
确定突涌隐患隧道帷幕注浆长度和可开挖长度的传统方法，存在以下三个主要缺陷：一是没有考虑下一循环帷幕注浆区域的水文地质情况；二是没有考虑本循环帷幕注浆区段治理质量合格情况；三是没有将掌子面作业扰动影响因素考虑进来。所以，计算结果不够准确、不够可靠，实践当中，帷幕注浆后开挖过程中常常还会发生了突涌灾害，产生了较大损失。鉴于传统方法存在的不足，有必要提出一种确定突涌隐患隧道帷幕注浆长度和可开挖长度的方法，以确保施工人员的生命安全、施工单位的财产安全。
发明内容
针对目前估算深埋隧道掌子面爆发突涌灾害危险程度的方法存在的技术与经验的不足，本发明提供一种确定突涌隐患隧道帷幕注浆长度和可开挖长度的方法，本发明的确定突涌隐患隧道帷幕注浆长度和可开挖长度的方法能够科学、合理地确定突涌隐患隧道帷幕注浆长度和可开挖长度，防范帷幕注浆后开挖还会爆发突涌灾害，以确保施工人员的生命安全及施工单位的财产安全。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种确定突涌隐患隧道帷幕注浆长度和可开挖长度的方法，其特征在于：所述确定方法包括建立突涌灾害爆发基本模型，确定纵向施工扰动影响长度并根据实际情况予以修正，提出与确定隧道帷幕注浆长度、可开挖长度、预留长度相关的修正纵向基准长度L修的计算公式(L修＝1.5B§×(G隐1)/(900％-64％)，或，L修＝1.0B§×(G隐1)/(900％-64％))；在本循环帷幕注浆前，通过勘察与试验获取帷幕注浆段及前方段落的水压、围岩强度、与掌子面的距离的数据，确定本循环帷幕注浆计划长度、计划开挖长度、计划预留长度；在本循环帷幕注浆后，再通过勘察与试验获取帷幕注浆段及前方段落的水压、围岩强度、与掌子面的距离的数据，检验帷幕注浆段的治理质量，最终确定本循环帷幕注浆区段的可开挖长度、预留长度；其具体步骤如下：
步骤1：建立突涌灾害爆发基本模型
(1)确立隧道突涌单元区的概念
拥有突涌烈度G的隧道等效断面能够代表隧道某段落，当-100％≤G＜0时，为非突涌区；0≤G≤+64％时，称为突涌过渡区；当+64％＜G≤+900％时，称为一般突涌隐患区；G＞+900％时，称为特殊突涌隐患区。如下表1所示。
表1：各突涌单元区突涌烈度G取值表
(2)建立隧道掌子面突涌灾害爆发基本模型
①一般的隧道突涌灾害爆发基本模型
当隧道段由三个突涌单元区组成：非突涌区、突涌过渡区、突涌隐患区，突涌灾害总是在突涌过渡区就提前爆发，不会等到掘进深入突涌隐患区后才爆发，(见图2)；
②特殊的隧道突涌灾害爆发基本模型
当隧道段由两个突涌单元区组成：非突涌区、突涌隐患区，突涌灾害总是在接近突涌隐患区的非突涌区就提前爆发，不会等到掘进深入突涌隐患区后才爆发，(见图3)；
步骤2：确定纵向施工扰动影响长度
(1)当隧道段的单元区组成情形与一般的隧道突涌灾害爆发基本模型一致时，在突涌过渡区内施工，施工扰动对前方的纵向影响长度为1.5B§，B为隧道开挖宽度,§为调整系数；
(2)当隧道段的单元区组成情形与特殊的隧道突涌灾害爆发基本模型一致时，须先人为指定突涌过渡区。在人为指定的突涌过渡区内施工，施工对前方的水平影响长度为1.0B§，§为调整系数；
步骤3：对纵向施工扰动影响长度进行修正，得到修正纵向影响基准长度
(1)当隧道段的单元区组成情形与一般的隧道突涌灾害爆发基本模型一致时，修正纵向基准长度L修的计算公式为：
L修＝1.5B§×(G隐1)/(900％-64％)，
式中，L修为修正后的施工扰动纵向影响长度，单位：米；
B为隧道开挖宽度，单位：米；
§为围岩破碎程度调整系数；
G隐1为最靠近突涌过渡区的那个突涌隐患区；
(2)当隧道段的单元区组成情形与特殊的隧道突涌灾害爆发基本模型一致时，
修正纵向基准长度L修的计算公式为：
L修＝1.0B§×(G隐1)/(900％-64％)，
式中，L修为修正后的施工扰动纵向影响长度，单位：米；
B为隧道开挖宽度，单位：米；
§为围岩破碎程度调整系数；
G隐1为最靠近人为指定的突涌过渡区的那个突涌隐患区；
步骤4：确立掌子面爆发突涌灾害的危险程度计算公式
过渡区的修正纵向基准长度是用于防止超挖的，当剩余长度大于等于修正纵向基准长度时，不会爆发突涌灾害，危险程度为零或为负值；当剩余长度小于修正纵向基准长度时，剩余长度越小，爆发突涌灾害的危险程度越大；当剩余长度等于零米时，爆发突涌灾害的危险程度为100％，必然发生突涌灾害，因此，掌子面爆发突涌灾害的危险程度计算公式为：
(1)当隧道段的单元区组成情形与一般的隧道突涌灾害爆发基本模型一致时
W＝{[1.5B§×(G隐1)/(900％-64％)]-L剩}/[1.5B§×(G隐1)/(900％-64％)]，
式中，W为掌子面爆发突涌的危险程度，单位为％，W值取值为0～100％；
B为隧道开挖宽度，单位：米；
G隐1为最靠近突涌过渡区的那个突涌隐患区的隧道等效断面突涌烈度，单位为％；
L剩为剩余长度，取值范围为0≤L剩≤[1.5B§×(G隐1)/(900％-64％)]，米，剩余长度与下文的预留长度概念一致；
(2)当隧道段的单元区组成情形与特殊的隧道突涌灾害爆发基本模型一致时
W＝{[1.0B§×(G隐1)/(900％-64％)]-L剩}/[1.0B§×(G隐1)/(900％-64％)]，
式中，W为掌子面爆发突涌的危险程度，单位为％，W值取值为0～100％；
B为隧道开挖宽度，单位：米；
G隐1为最靠近人为指定的突涌过渡区的那个突涌隐患区的隧道等效断面突涌烈度，单位为％；
L剩为剩余长度，取值范围为0≤L剩≤[1.0B§×(G隐1)/(900％-64％)]，单位：米，剩余长度与下文的预留长度概念一致；
步骤5:确定计划预留长度、计划开挖长度、帷幕注浆计划长度估算公式
(1)确定计划预留长度估算公式
最佳计划预留长度应是确保掌子面突涌灾害爆发程度为零时的预留长度。这时，最佳计划预留长度为：
①帷幕注浆后，若帷幕注浆区段与一般的隧道突涌灾害爆发基本模型接近，
L预留＝L修＝1.5B§×(G隐2)/(900％-64％)；
②帷幕注浆后，若帷幕注浆区段与特殊的隧道突涌灾害爆发基本模型接近，
L预留＝L修＝1.0B§×(G隐2)/(900％-64％)；
(2)确定计划开挖长度估算公式
若计划开挖长度过短，导致治理循环次数较多，总工期过长，不合适；若计划开挖长度过长，导致每循环帷幕注浆长度过长，每循环帷幕注浆作业时间过长，开挖作业用时长，帷幕注浆失效风险大，也不合适。本发明人的实践经验表明，计划开挖长度与最佳计划预留长度接近，效果较好，也即计划开挖长度L计开＝L预留＝L修为宜。
(3)确定帷幕注浆计划长度L帷幕估算公式
①L帷幕＝L计开+L预留＝2L修，
②估算G隐2，
式中，G隐1是最接近突涌过渡区或指定的突涌过渡区的突涌隐患区的代表等效断面的突涌烈度，对应的隧道区段是本循环拟帷幕注浆的组成段落；G隐2是最接近帷幕注浆区段的突涌隐患区的代表等效断面的突涌烈度，对应的隧道区段是下一循环拟帷幕注浆的组成段落；为减少工作量，可先假设G隐1＝G隐2；G隐1参照步骤6获得。
③因为帷幕注浆后的质量情况尚未知道，现先暂按帷幕注浆区段与一般的隧道突涌灾害爆发基本模型接近的情况来估计，则帷幕注浆长度计算公式为：
L帷幕＝L计开+L预留＝2L修＝2×1.5B§×(G隐1)/(900％-64％)；
步骤6：在本循环帷幕注浆前进行工地现场采集数据
(1)采用常规勘探手段，钻探、坑探、无损探测及超前预报一个以上的组合获取围岩强度数据，通过岩芯试样抗压试验、触探试验、承载力试验、波速测试方法获得或转换得到围岩强度；
(2)通过钻孔引排水并测量水压、孔隙水压测量仪器测量水压、灌水或灌浆压力致裂法测量水压、测量水位差转换为水压的方法获得水压数据；
(3)采用皮尺、钢尺丈量或声波推测的方法测量掌子面到前方隧道断面的距离，推算剩余长度；
步骤7：估算代表等效断面的突涌烈度G隐1；
使用本循环帷幕注浆区段各代表断面的水压与围岩强度数据，计算得代表等效断面的突涌烈度G隐1；
步骤8：确定本循环帷幕注浆长度
L帷幕＝2×1.5B§×(G隐1)/(900％-64％)；
步骤9：按常规技术规范要求进行帷幕注浆；
步骤10：在本循环帷幕注浆后开展治理质量检验与采集数据，暨等同于在下一循环帷幕注浆前进行工地现场采集数据；
(1)采用常规勘探手段，钻探、坑探、无损探测及超前预报一个以上的组合获取围岩强度数据，通过岩芯试样抗压试验、触探试验、承载力试验、波速测试方法获得或转换得到围岩强度；
(2)通过钻孔引排水并测量水压、孔隙水压测量仪器测量水压、灌水或灌浆压力致裂法测量水压、测量水位差转换为水压的方法获得水压数据；
(3)采用皮尺、钢尺丈量或声波推测的方法测量掌子面到前方隧道断面的距离，推算剩余长度；
步骤11：估算本循环帷幕注浆区段和下一循环帷幕注浆段的代表等效断面的突涌烈度；
(1)使用采集到的对应本循环帷幕注浆区段的水压与围岩强度数据，计算得到本循环帷幕注浆区段的代表等效断面的突涌烈度；
(2)使用采集到的对应于下一循环帷幕注浆区段的水压与围岩强度数据，计算得下一循环帷幕注浆区段的代表等效断面的突涌烈度G隐1下；
步骤12：最终确定本循环帷幕注浆治理段的合格长度、可开挖长度、预留长度
(1)若本循环帷幕注浆治理段全部合格
若本循环帷幕注浆治理段全部合格，即各代表断面G值均小于+64％。
①若本循环治理段的末段各代表断面G值均小于零
L预留＝L修＝1.0B§×(G隐1下)/(900％-64％)，
L可开＝[2×1.5B§×(G隐1)/(900％-64％)]-[1.0B§×(G隐1下)/(900％-64％)]；
②若本循环治理段的末段各代表断面G值均大于零而小于+64％，
L预留＝L修＝1.5B§×(G隐1下)/(900％-64％)，
L可开＝[2×1.5B§×(G隐1)/(900％-64％)]-[1.5B§×(G隐1下)/(900％-64％)]；
(2)若本循环帷幕注浆治理段全部不合格
重新补注浆,直至合格为止,不得开挖。
(3)若本循环帷幕注浆治理段末端不合格
①若合格长度小于0.7L帷幕，重新补注浆,直至合格为止,不得开挖。也可以选择不重新补注浆，直接开挖，但可开挖长度会较小，经济性差，一般情况下不提倡直接开挖。
②若合格长度L大于0.7L帷幕，不合格区段的代表等效断面G末，这时，宜重新补注浆，若不补充注浆而作出开挖决定，可开挖长度、预留长度的计算公式如下：
L预留＝L修＝1.5B§×(G末+G隐1下)/[2×(900％-64％)]，
L可开＝L合格-{1.5B§×(G末+G隐1下)/[2×(900％-64％)]}，
L可开≥0；
本发明具有以下有益效果：
1、传统方法既没有考虑下一循环帷幕注浆区域的水文地质情况，也没有考虑本循环帷幕注浆区段治理质量合格情况和施工作业扰动影响因素，所以确定的可开挖长度、预留长度是不够安全的。
2、本发明方法综合多种因素，考虑全面，确定的帷幕注浆长度、可开挖长度、预留长度更合理、可靠，能够避免使用传统方法带来的开挖过程中经常爆发突涌灾害的情况。
附图说明
图1为隧道帷幕注浆厚度的厚壁圆筒模型图，图中，非阴影部分的小圆表示隧道开挖轮廓面，阴影环圈表示隧道开挖轮廓面以外的帷幕注浆范围，D表示隧道开挖直径，B1表示帷幕注浆厚度；
图2为本发明的一般的隧道突涌灾害爆发模型示意图，图中，G非是指隧道非突涌区的代表等效断面的突涌烈度，G过是隧道突涌过渡区的代表等效断面的突涌烈度，G隐1是指隧道突涌隐患区中距离突涌过渡区最近的区段中的代表等效断面的突涌烈度，G隐2和G隐i分别是排在G隐1对应区段之后的区段中的代表等效断面的突涌烈度，G隐2与G隐1下相等，修正纵向基准长度是指隧道开挖时应保留的最小的过渡区区段长度；
图3为本发明的特殊的隧道突涌灾害爆发模型示意图，图中，G非是指隧道非突涌区的代表等效断面的突涌烈度，G隐1是指隧道突涌隐患区中距离非突涌区最近的区段中的代表等效断面的突涌烈度，G隐2和G隐i分别是排在G隐1对应区段之后的区段中的代表等效断面的突涌烈度，指定的修正纵向基准长度是指隧道开挖接近突涌隐患区时通过勘察后人为指定的应保留的最小的非突涌区区段长度，对应该长度的隧道区段即为指定的突涌过渡区。
具体实施案例
下面结合附图(参见图1-图3)和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施案例1广西均昌隧道某帷幕注浆循环注浆长度、可开挖长度的确定
一种确定突涌隐患隧道帷幕注浆长度和可开挖长度的方法，其特征在于：所述确定方法包括建立突涌灾害爆发基本模型，确定纵向施工扰动影响长度并根据实际情况予以修正，提出与确定隧道帷幕注浆长度、可开挖长度、预留长度相关的修正纵向基准长度L修的计算公式(L修＝1.5B§×(G隐1)/(900％-64％)，或，L修＝1.0B§×(G隐1)/(900％-64％))；在本循环帷幕注浆前，通过勘察与试验获取帷幕注浆段及前方段落的水压、围岩强度、与掌子面的距离的数据，确定本循环帷幕注浆计划长度、计划开挖长度、计划预留长度；在本循环帷幕注浆后，再通过勘察与试验获取帷幕注浆段及前方段落的水压、围岩强度、与掌子面的距离的数据，检验帷幕注浆段的治理质量，最终确定本循环帷幕注浆区段的可开挖长度、预留长度；其具体步骤如下：
步骤1：建立突涌灾害爆发基本模型
(1)确立隧道突涌单元区的概念
拥有突涌烈度G的隧道等效断面能够代表隧道某段落，当-100％≤G＜0时，为非突涌区；0≤G≤+64％时，称为突涌过渡区；当+64％＜G≤+900％时，称为一般突涌隐患区；G＞+900％时，称为特殊突涌隐患区。如下表1所示。
表1：各突涌单元区突涌烈度G取值表
(2)建立隧道掌子面突涌灾害爆发基本模型
①一般的隧道突涌灾害爆发基本模型
当隧道段由三个突涌单元区组成：非突涌区、突涌过渡区、突涌隐患区，突涌灾害总是在突涌过渡区就提前爆发，不会等到掘进深入突涌隐患区后才爆发，(见图2)；
②特殊的隧道突涌灾害爆发基本模型
当隧道段由两个突涌单元区组成：非突涌区、突涌隐患区，突涌灾害总是在接近突涌隐患区的非突涌区就提前爆发，不会等到掘进深入突涌隐患区后才爆发，(见图3)；
步骤2：确定纵向施工扰动影响长度
(1)当隧道段的单元区组成情形与一般的隧道突涌灾害爆发基本模型一致时，在突涌过渡区内施工，施工扰动对前方的纵向影响长度为1.5B§，B为隧道开挖宽度,§为调整系数；
(2)当隧道段的单元区组成情形与特殊的隧道突涌灾害爆发基本模型一致时，须先人为指定突涌过渡区。在人为指定的突涌过渡区内施工，施工对前方的水平影响长度为1.0B§，§为调整系数；
步骤3：对纵向施工扰动影响长度进行修正，得到修正纵向影响基准长度
(1)当隧道段的单元区组成情形与一般的隧道突涌灾害爆发基本模型一致时，修正纵向基准长度L修的计算公式为：
L修＝1.5B§×(G隐1)/(900％-64％)，
式中，L修为修正后的施工扰动纵向影响长度，单位：米；
B为隧道开挖宽度，单位：米；
§为围岩破碎程度调整系数；
G隐1为最靠近突涌过渡区的那个突涌隐患区；
(2)当隧道段的单元区组成情形与特殊的隧道突涌灾害爆发基本模型一致时，
修正纵向基准长度L修的计算公式为：
L修＝1.0B§×(G隐1)/(900％-64％)，
式中，L修为修正后的施工扰动纵向影响长度，单位：米；
B为隧道开挖宽度，单位：米；
§为围岩破碎程度调整系数；
G隐1为最靠近人为指定的突涌过渡区的那个突涌隐患区；
步骤4：确立掌子面爆发突涌灾害的危险程度计算公式
过渡区的修正纵向基准长度是用于防止超挖的，当剩余长度大于等于修正纵向基准长度时，不会爆发突涌灾害，危险程度为零或为负值；当剩余长度小于修正纵向基准长度时，剩余长度越小，爆发突涌灾害的危险程度越大；当剩余长度等于0米时，爆发突涌灾害的危险程度为100％，必然发生突涌灾害，因此，掌子面爆发突涌灾害的危险程度计算公式为：
(1)当隧道段的单元区组成情形与一般的隧道突涌灾害爆发基本模型一致时
W＝{[1.5B§×(G隐1)/(900％-64％)]-L剩}/[1.5B§×(G隐1)/(900％-64％)]，
式中，W为掌子面爆发突涌的危险程度，单位为％，W值取值为0～100％；
B为隧道开挖宽度，单位：米；
G隐1为最靠近突涌过渡区的那个突涌隐患区的隧道等效断面突涌烈度，单位为％；
L剩为剩余长度，取值范围为0≤L剩≤[1.5B§×(G隐1)/(900％-64％)]，米，剩余长度与下文的预留长度概念一致；
(2)当隧道段的单元区组成情形与特殊的隧道突涌灾害爆发基本模型一致时
W＝{[1.0B§×(G隐1)/(900％-64％)]-L剩}/[1.0B§×(G隐1)/(900％-64％)]，
式中，W为掌子面爆发突涌的危险程度，单位为％，W值取值为0～100％；
B为隧道开挖宽度，单位：米；
G隐1为最靠近人为指定的突涌过渡区的那个突涌隐患区的隧道等效断面突涌烈度，单位为％；
L剩为剩余长度，取值范围为0≤L剩≤[1.0B§×(G隐1)/(900％-64％)]，单位：米，剩余长度与下文的预留长度概念一致；
步骤5:确定计划预留长度、计划开挖长度、帷幕注浆计划长度估算公式
(1)确定计划预留长度估算公式
最佳计划预留长度应是确保掌子面突涌灾害爆发程度为零时的预留长度。这时，最佳计划预留长度为：
①帷幕注浆后，若帷幕注浆区段与一般的隧道突涌灾害爆发基本模型接近，
L预留＝L修＝1.5B§×(G隐2)/(900％-64％)，
②帷幕注浆后，若帷幕注浆区段与特殊的隧道突涌灾害爆发基本模型接近；
L预留＝L修＝1.0B§×(G隐2)/(900％-64％)；
(2)确定计划开挖长度估算公式
若计划开挖长度过短，导致治理循环次数较多，总工期过长，不合适；若计划开挖长度过长，导致每循环帷幕注浆长度过长，每循环帷幕注浆作业时间过长，开挖作业用时长，帷幕注浆失效风险大，也不合适。本发明人的实践经验表明，计划开挖长度与最佳计划预留长度接近，效果较好，也即计划开挖长度L计开＝L预留＝L修为宜。
(3)确定帷幕注浆计划长度L帷幕估算公式
①L帷幕＝L计开+L预留＝2L修，
②估算G隐2，
式中，G隐1是最接近突涌过渡区或指定的突涌过渡区的突涌隐患区的代表等效断面的突涌烈度，对应的隧道区段是本循环拟帷幕注浆的组成段落；G隐2是最接近帷幕注浆区段的突涌隐患区的代表等效断面的突涌烈度，对应的隧道区段是下一循环拟帷幕注浆的组成段落；为减少工作量，可先假设G隐1＝G隐2；G隐1参照步骤6获得。
③因为帷幕注浆后的质量情况尚未知道，现先暂按帷幕注浆区段与一般的隧道突涌灾害爆发基本模型接近的情况来估计，则帷幕注浆长度计算公式为：
L帷幕＝L计开+L预留＝2L修＝2×1.5B§×(G隐1)/(900％-64％)；
步骤6：在本循环帷幕注浆前进行工地现场采集数据
(1)采用常规勘探手段，钻探、坑探、无损探测及超前预报一个以上的组合获取围岩强度数据，通过岩芯试样抗压试验、触探试验、承载力试验、波速测试方法获得或转换得到围岩强度；
(2)通过钻孔引排水并测量水压、孔隙水压测量仪器测量水压、灌水或灌浆压力致裂法测量水压、测量水位差转换为水压的方法获得水压数据；
(3)采用皮尺、钢尺丈量或声波推测的方法测量掌子面到前方隧道断面的距离，推算剩余长度；
步骤7：估算代表等效断面的突涌烈度G隐1；
使用本循环帷幕注浆区段各代表断面的水压与围岩强度数据，计算得代表等效断面的突涌烈度G隐1；
广西均昌隧道，突涌隐患核心区段，某相邻帷幕注浆循环，G隐1＝G隐2＝G隐1下＝842％，§＝1.0，隧道开挖宽度B为12.75米。
步骤8：确定本循环帷幕注浆长度
L帷幕＝2×1.5B§×(G隐1)/(900％-64％)，
L帷幕＝2×1.5×12.75×1.0×842％/(900％-64％)＝38.525米；
步骤9：按常规技术规范要求进行帷幕注浆；
步骤10：在本循环帷幕注浆后开展治理质量检验与采集数据，暨等同于在下一循环帷幕注浆前进行工地现场采集数据；
(1)采用常规勘探手段，钻探、坑探、无损探测及超前预报一个以上的组合获取围岩强度数据，通过岩芯试样抗压试验、触探试验、承载力试验、波速测试方法获得或转换得到围岩强度；
(2)通过钻孔引排水并测量水压、孔隙水压测量仪器测量水压、灌水或灌浆压力致裂法测量水压、测量水位差转换为水压的方法获得水压数据；
(3)采用皮尺、钢尺丈量或声波推测的方法测量掌子面到前方隧道断面的距离，推算剩余长度；
步骤11：估算本循环帷幕注浆区段和下一循环帷幕注浆段的代表等效断面的突涌烈度；
(1)使用采集到的对应本循环帷幕注浆区段的水压与围岩强度数据，计算得到本循环帷幕注浆区段的代表等效断面的突涌烈度；
(2)使用采集到的对应于下一循环帷幕注浆区段的水压与围岩强度数据，计算得下一循环帷幕注浆区段的代表等效断面的突涌烈度G隐1下；
步骤12：最终确定本循环帷幕注浆治理段的合格长度、可开挖长度、预留长度
(1)若本循环帷幕注浆治理段全部合格
若本循环帷幕注浆治理段全部合格，即各代表断面G值均小于+64％。
①若本循环治理段的末段各代表断面G值均小于零，
L预留＝L修＝1.0B§×(G隐1下)/(900％-64％)，
L可开＝[2×1.5B§×(G隐1)/(900％-64％)]-[1.0B§×(G隐1下)/(900％-64％)]。
②若本循环治理段的末段各代表断面G值均大于零而小于+64％，
L预留＝L修＝1.5B§×(G隐1下)/(900％-64％)，
L可开＝[2×1.5B§×(G隐1)/(900％-64％)]-[1.5B§×(G隐1下)/(900％-64％)]；
广西均昌隧道某循环帷幕注浆治理段全部合格，且本循环治理段的末段各代表断面G值均大于零而小于+64％，因此：
L预留＝L修＝1.5B§×(G隐1下)/(900％-64％)＝1.5×12.75×1.0×842％/(900％-64％)＝19.263米；
L可开＝[2×1.5B§×(G隐1)/(900％-64％)]-[1.5B§×(G隐1下)/(900％-64％)]＝[2×1.5×12.75×1.0×842％/(900％-64％)]-[1.5×12.75×1.0×842％/(900％-64％)]＝19.262米。
(2)若本循环帷幕注浆治理段全部不合格
重新补注浆,直至合格为止,不得开挖。
(3)若本循环帷幕注浆治理段末端不合格
①若合格长度小于0.7L帷幕，重新补注浆,直至合格为止,不得开挖。也可以选择不重新补注浆，直接开挖，但可开挖长度会较小，经济性差，一般情况下不提倡直接开挖。
②若合格长度L大于0.7L帷幕，不合格区段的代表等效断面G末，这时，宜重新补注浆，若不补充注浆而作出开挖决定，可开挖长度、预留长度的计算公式如下：
L预留＝L修＝1.5B§×(G末+G隐1下)/[2×(900％-64％)]，
L可开＝L合格-{1.5B§×(G末+G隐1下)/[2×(900％-64％)]}，
L可开≥0。
对照：广西均昌隧道某帷幕注浆循环注浆长度、可开挖长度的确定
(1)确定帷幕注浆厚度
帷幕注浆厚度经验公式为：B1＝·(0.5～1.0)D，假设按稳健角度取值，即，B1＝1.0D，因D等于12.75米，所以，B1＝1.0×12.75＝12.75米；
(2)确定帷幕注浆段落长度、开挖长度、预留长度
帷幕注浆段落长度、开挖长度、预留长度有如下经验公式：
L帷幕＝(3～5)B1，
L可开＝(0.7～0.8)L帷幕，
L预留＝(0.2～0.3)L帷幕；
(3)从稳健的角度，确定帷幕注浆段落长度、开挖长度、预留长度，
L帷幕＝(3～5)B1，由于实际帷幕注浆长度为38.525米，隧道开挖宽度为12.75米，
N＝38.525/12.75＝3.022,N在3～5的范围，帷幕注浆公式成立，则L帷幕＝3.022×12.75＝38.525米；
L可开＝0.7L帷幕＝0.7×38.525＝26.968米，
L预留＝0.3L帷幕＝0.3×38.525＝11.557米；
(4)实际情况
广西均昌隧道突涌核心区段，某循环帷幕注浆区段，注浆后循环治理段的末段各代表断面G值均大于零而小于+64％，对注浆区段进行开挖，当开挖了22米后，出现了突涌灾害征兆，经专家判断，不能再向前开挖，须立即封闭掌子面，开展下一循环帷幕注浆的相关工作。
亦即是，实际帷幕注浆为38.525米，实际开挖了22米，实际预留长度为16.525米，出现了突涌灾害征兆，突涌隐患即将转化为突涌灾害，说明前方区段的代表等效断面的突涌烈度为842％时，预留长度临界值为16.525米。
(5)本发明方法与传统方法的比较
对于本循环，本发明方法的数据为：L帷幕＝38.525米，L可开＝19.262米，L预留＝19.263米，满足预留长度临界值为16.525米的要求，因此，本发明方法是合理、可靠的。
对于本循环，传统方法的数据为：L帷幕＝38.525米，L可开＝26.968米，L预留＝11.557米，不满足预留长度临界值为16.525米的要求，因此，传统方法是不够合理、不够可靠的，或者说，传统方法在确定帷幕注浆长度方面具有一定合理性，但在确定可开挖长度、预留长度方面，不可靠。
综述上述，使用传统方法确定帷幕注浆长度、可开挖长度，可靠性不高，风险大，而使用本发明方法确定帷幕注浆长度、可开挖长度，可靠性高，风险低。这是因为传统方法考虑的因素较少，而本发明方法综合考虑了多种因素，相对比较全面，因此，本发明方法优于传统方法。

Claims (3)

1.一种确定突涌隐患隧道帷幕注浆长度和可开挖长度的方法，其特征在于：所述确定方法包括建立突涌灾害爆发基本模型，确定纵向施工扰动影响长度并根据实际情况予以修正，提出与确定帷幕注浆长度、可开挖长度、预留长度相关的修正纵向基准长度L修的计算公式(L修＝1.5B§×(G隐1)/(900％-64％)，或L修＝1.0B§×(G隐1)/(900％-64％)；在本环帷幕注浆前，通过勘察与试验获取帷幕注浆段及前方段落的水压、围岩强度、与掌子面的距离的数据，确定本循环帷幕注浆计划长度、计划开挖长度、计划预留长度；在本循环帷幕注浆后，再通过勘察与试验获取帷幕注浆段及前方段落的水压、围岩强度、与掌子面的距离的数据，检验帷幕注浆段的治理质量，最终确定本循环帷幕注浆区段的可开挖长度、预留长度。
2.根据权利要求1所述的确定突涌隐患隧道帷幕注浆长度和可开挖长度的方法，其特征在于：具体步骤如下：
步骤1：建立突涌灾害爆发基本模型
(1)提出突涌单元区的概念
以拥有隧道等效断面突涌烈度G的隧道等效断面来代表隧道某段落，则隧道突涌单元区分为如下情形：
当-100％≤G＜0时，为非突涌区；
当0≤G≤+64％时，称为突涌过渡区；
当+64％＜G≤+900％时，称为一般突涌隐患区；
当G＞+900％时，称为特殊突涌隐患区；
(2)建立隧道掌子面突涌灾害爆发基本模型
①一般的隧道突涌灾害爆发基本模型
当隧道段由三个突涌单元区组成：非突涌区、突涌过渡区、突涌隐患区，突涌灾害总是在突涌过渡区就提前爆发，不会等到掘进深入突涌隐患区后才爆发，见图2；
②特殊的隧道突涌灾害爆发基本模型
当隧道段由两个突涌单元区组成：非突涌区、突涌隐患区，突涌灾害总是在接近突涌隐患区的非突涌区就提前爆发，不会等到掘进深入突涌隐患区后才爆发，见图3；
步骤2：确定纵向施工扰动影响长度
(1)当隧道段的单元区组成情形与一般的隧道突涌灾害爆发基本模型一致时，在突涌过渡区内施工，施工扰动对前方的纵向影响长度为1.5B§，B为隧道开挖宽度,§为调整系数；
(2)当隧道段的单元区组成情形与特殊的隧道突涌灾害爆发基本模型一致时，须先人为指定突涌过渡区；在人为指定的突涌过渡区内施工，施工对前方的水平影响长度为1.0B§，§为调整系数；
步骤3：对纵向施工扰动影响长度进行修正，得到修正纵向影响基准长度
(1)当隧道段的单元区组成情形与一般的隧道突涌灾害爆发基本模型一致时，修正纵向基准长度L修的计算公式为：
L修＝1.5B§×(G隐1)/(900％-64％)
式中：L修为修正后的施工扰动纵向影响长度，单位：米；B为隧道开挖宽度，单位：米；§为围岩破碎程度调整系数；G隐1为最靠近突涌过渡区的那个突涌隐患区；
(2)当隧道段的单元区组成情形与特殊的隧道突涌灾害爆发基本模型一致时，
修正纵向基准长度L修的计算公式为：
L修＝1.0B§×(G隐1)/(900％-64％)，
式中：L修为修正后的施工扰动纵向影响长度，单位：米；B为隧道开挖宽度，单位：米；§为围岩破碎程度调整系数；G隐1为最靠近人为指定的突涌过渡区的那个突涌隐患区；
步骤4：确立掌子面爆发突涌灾害的危险程度计算公式
过渡区的修正纵向基准长度是用于防止超挖的，当剩余长度大于等于修正纵向基准长度时，不会爆发突涌灾害，危险程度为零或为负值；当剩余长度小于修正纵向基准长度时，剩余长度越小，爆发突涌灾害的危险程度越大；当剩余长度等于0米时，爆发突涌灾害的危险程度为100％，必然发生突涌灾害，因此，掌子面爆发突涌灾害的危险程度计算公式为：
(1)当隧道段的单元区组成情形与一般的隧道突涌灾害爆发基本模型一致时：
W＝{[1.5B§×(G隐1)/(900％-64％)]-L剩}/[1.5B§×(G隐1)/(900％-64％)]，
式中：W为掌子面爆发突涌的危险程度，单位为％，W值取值为0～100％；B为隧道开挖宽度，单位：米；G隐1为最靠近突涌过渡区的那个突涌隐患区的隧道等效断面突涌烈度，单位为％；L剩为剩余长度，取值范围为0≤L剩≤[1.5B§×(G隐1)/(900％-64％)]，米，剩余长度与下文的预留长度概念一致；
(2)当隧道段的单元区组成情形与特殊的隧道突涌灾害爆发基本模型一致时：
W＝{[1.0B§×(G隐1)/(900％-64％)]-L剩}/[1.0B§×(G隐1)/(900％-64％)]，
式中：W为掌子面爆发突涌的危险程度，单位为％，W值取值为0～100％；B为隧道开挖宽度，单位：米；G隐1为最靠近人为指定的突涌过渡区的那个突涌隐患区的隧道等效断面突涌烈度，单位为％；L剩为剩余长度，取值范围为0≤L剩≤[1.0B§×(G隐1)/(900％-64％)]，单位：米，剩余长度与下文的预留长度概念一致；
步骤5:确定计划预留长度、计划开挖长度、帷幕注浆计划长度估算公式
(1)确定计划预留长度估算公式
最佳计划预留长度应是确保掌子面突涌灾害爆发程度为零时的预留长度，最佳计划预留长度为：
①帷幕注浆后，若帷幕注浆区段与一般的隧道突涌灾害爆发基本模型接近：
L预留＝L修＝1.5B§×(G隐2)/(900％-64％)；
②帷幕注浆后，若帷幕注浆区段与特殊的隧道突涌灾害爆发基本模型接近：
L预留＝L修＝1.0B§×(G隐2)/(900％-64％)；
(2)确定计划开挖长度估算公式
若计划开挖长度过短，导致治理循环次数较多，总工期过长，不合适；若计划开挖长度过长，导致每循环帷幕注浆长度过长，每循环帷幕注浆作业时间过长，开挖作业用时长，帷幕注浆失效风险大，也不合适；计划开挖长度与最佳计划预留长度接近，效果较好，也即计划开挖长度L计开＝L预留＝L修为宜；
(3)确定帷幕注浆计划长度L帷幕估算公式
①L帷幕＝L计开+L预留＝2L修，
②估算G隐2，
G隐1是最接近突涌过渡区或指定的突涌过渡区的突涌隐患区的代表等效断面的突涌烈度，对应的隧道区段是本循环拟帷幕注浆的组成段落；G隐2是最接近帷幕注浆区段的突涌隐患区的代表等效断面的突涌烈度，对应的隧道区段是下一循环拟帷幕注浆的组成段落；为减少工作量，可先假设G隐1＝G隐2；G隐1参照步骤6获得；
③因为帷幕注浆后的质量情况尚未知道，现先暂按帷幕注浆区段与一般的隧道突涌灾害爆发基本模型接近的情况来估计，则帷幕注浆长度计算公式为：
L帷幕＝L计开+L预留＝2L修＝2×1.5B§×(G隐1)/(900％-64％)；
步骤6：在本循环帷幕注浆前进行工地现场采集数据
(1)采用常规勘探手段，钻探、坑探、无损探测及超前预报一个以上的组合获取围岩强度数据，通过岩芯试样抗压试验、触探试验、承载力试验、波速测试方法获得或转换得到围岩强度；
(2)通过钻孔引排水并测量水压、孔隙水压测量仪器测量水压、灌水或灌浆压力致裂法测量水压、测量水位差转换为水压的方法获得水压数据；
(3)采用皮尺、钢尺丈量或声波推测的方法测量掌子面到前方隧道断面的距离，推算剩余长度；
步骤7：估算代表等效断面的突涌烈度G隐1；
使用本循环帷幕注浆区段各代表断面的水压与围岩强度数据，计算得代表等效断面的突涌烈度G隐1；
步骤8：确定本循环帷幕注浆长度
L帷幕＝2×1.5B§×(G隐1)/(900％-64％)；
步骤9：按常规技术规范要求进行帷幕注浆；
步骤10：在本循环帷幕注浆后开展治理质量检验与采集数据，暨等同于在下一循环帷幕注浆前进行工地现场采集数据；
(1)采用常规勘探手段，钻探、坑探、无损探测及超前预报一个以上的组合获取围岩强度数据，通过岩芯试样抗压试验、触探试验、承载力试验、波速测试方法获得或转换得到围岩强度；
(2)通过钻孔引排水并测量水压、孔隙水压测量仪器测量水压、灌水或灌浆压力致裂法测量水压、测量水位差转换为水压的方法获得水压数据；
(3)采用皮尺、钢尺丈量或声波推测的方法测量掌子面到前方隧道断面的距离，推算剩余长度；
步骤11：估算本循环帷幕注浆区段和下一循环帷幕注浆段的代表等效断面的突涌烈度；
(1)使用采集到的对应本循环帷幕注浆区段的水压与围岩强度数据，计算得到本循环帷幕注浆区段的代表等效断面的突涌烈度；
(2)使用采集到的对应于下一循环帷幕注浆区段的水压与围岩强度数据，计算得下一循环帷幕注浆区段的代表等效断面的突涌烈度G隐1下；
步骤12：最终确定本循环帷幕注浆治理段的合格长度、可开挖长度、预留长度
(1)若本循环帷幕注浆治理段全部合格
若本循环帷幕注浆治理段全部合格，即各代表断面G值均小于+64％；
①若本循环治理段的末段各代表断面G值均小于零，
L预留＝L修＝1.0B§×(G隐1下)/(900％-64％)，
L可开＝[2×1.5B§×(G隐1)/(900％-64％)]-[1.0B§×(G隐1下)/(900％-64％)]；
②若本循环治理段的末段各代表断面G值均大于零而小于+64％，
L预留＝L修＝1.5B§×(G隐1下)/(900％-64％)，
L可开＝[2×1.5B§×(G隐1)/(900％-64％)]-[1.5B§×(G隐1下)/(900％-64％)]；
(2)若本循环帷幕注浆治理段全部不合格
重新补注浆,直至合格为止,不得开挖；
(3)若本循环帷幕注浆治理段末端不合格
①若合格长度小于0.7L帷幕，重新补注浆,直至合格为止,不得开挖；也可以选择不重新补注浆，直接开挖，但可开挖长度会较小，经济性差，一般情况下不提倡直接开挖；
②若合格长度L大于0.7L帷幕，不合格区段的代表等效断面G末，这时，宜重新补注浆，若不补充注浆而作出开挖决定，可开挖长度、预留长度的计算公式如下：
L预留＝L修＝1.5B§×(G末+G隐1下)/[2×(900％-64％)]，
L可开＝L合格-{1.5B§×(G末+G隐1下)/[2×(900％-64％)]}，
L可开≥0。
3.根据权利要求2所述的确定突涌隐患隧道帷幕注浆长度和可开挖长度的方法的具体步骤，其特征在于：所述步骤2中调整系数§的取值范围为1.0～1.05。
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