CN108446500A - 一种估算隧道特定部位的突涌隐患形态与灾害程度的方法 - Google Patents

一种估算隧道特定部位的突涌隐患形态与灾害程度的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108446500A
CN108446500A CN201810237585.7A CN201810237585A CN108446500A CN 108446500 A CN108446500 A CN 108446500A CN 201810237585 A CN201810237585 A CN 201810237585A CN 108446500 A CN108446500 A CN 108446500A
Authority
CN
China
Prior art keywords
prominent
hydraulic pressure
tunnel
rock
gush
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201810237585.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108446500B (zh
Inventor
黄世武
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
GUANGXI XINDA HIGHWAY CO Ltd
Original Assignee
GUANGXI XINDA HIGHWAY CO Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by GUANGXI XINDA HIGHWAY CO Ltd filed Critical GUANGXI XINDA HIGHWAY CO Ltd
Priority to CN201810237585.7A priority Critical patent/CN108446500B/zh
Publication of CN108446500A publication Critical patent/CN108446500A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108446500B publication Critical patent/CN108446500B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/10—Geometric CAD
    • G06F30/13—Architectural design, e.g. computer-aided architectural design [CAAD] related to design of buildings, bridges, landscapes, production plants or roads
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2119/00—Details relating to the type or aim of the analysis or the optimisation
    • G06F2119/06—Power analysis or power optimisation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Investigation Of Foundation Soil And Reinforcement Of Foundation Soil By Compacting Or Drainage (AREA)
  • Excavating Of Shafts Or Tunnels (AREA)

Abstract

一种估算隧道特定部位的突涌隐患形态与灾害程度的方法，包括定义突涌源形态系数J，并进行分区，得到隧道特定部位的突涌源6类形态，不同的突涌源形态对应相应的灾害程度，形成了隧道突涌源形态平面坐标系；通过实际勘察与试验获得隧道断面某部位的水压、围岩强度及调整系数，计算得到突涌源形态系数；将计算得到的突涌源形态系数放置于隧道突涌源形态平面坐标系中进行核对，即可判断出实际特定部位的隧道突涌源形态及其对应的灾害程度。本发明方法能够科学、准确地综合估算隧道断面特定部位的突涌灾害程度，为识别突涌隐患提供了可靠的技术手段，有效的解决了隧道设计与施工遇到的关键问题。

Description

一种估算隧道特定部位的突涌隐患形态与灾害程度的方法
技术领域
本发明涉及隧道与地下工程突涌灾害的分析方法，尤其涉及估算隧道断面中特定部位隐伏的突涌隐患转化为实际灾害时所属形态与灾害程度的方法。
背景技术
在目前农业、工业、信息与智能文明混合发展的时代，人工建筑的发展重心将逐步转移到隧道和地下空间工程上来，更远久的将来则是向深空、深海、深地发展。深地是人类第三空间，扩展第三空间，是人类的使命和重要课题。隧道是深地建筑的先导工程，在建设过程中还面临着许多技术瓶颈，突涌问题更是难题之一，至今尚未取得根本突破。
现有估算隧道涌水灾害程度的办法主要有三种：一是以隧道顶地表的区域汇水量来推测涌水灾害程度；二是以隧道开挖时隧道巷道涌水量来判断涌水灾害程度；三是以钻孔或孔隙或裂隙中流出的水量来判断涌水灾害程度。这三种主要方法存在如下问题：一是“以全概偏”，以地表汇水量推断地下隧道的某高程区位对应也会有相应的水量，显然是不准确的；二是“以偏概全”，以巷道涌水量或钻孔或孔隙或裂隙的出水量来推测前方未掘进的隧道存在对应的水量，也显然不可靠；三是以单因素的水量数据来推测突涌灾害的方法，综合性不强，虽然对涌水灾害具有一定参考与预警作用，但对于突泥灾害、涌水突泥灾害以及混合型灾害的参考作用不大。
隧道围岩是不均质的，隧道区段内的地质水文条件分布不一定相同，区段之间也不一定相同，隧道区段由断面构成，断面内的水文地质分布也不一定均匀，可能是由多个条件各异的地质水文“小块”(部位)构成，因此分析隧道段的突涌隐患，应先从分析地质水文“小块”(部位)开始，才有利于整体分析；为此，有必要提出一种估算隧道断面特定部位的突涌隐患形态与灾害程度的方法，为分析隧道断面和区段的突涌隐患打下坚实基础。
发明内容
本发明的目的是克服上述技术与经验的不足而提供一种估算隧道断面特定部位的突涌隐患形态与灾害程度的方法。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
一种估算隧道特定部位的突涌隐患形态与灾害程度的方法，将已有的围岩自稳经验数据与地下水从孔隙或裂隙或钻孔孔洞流出时的运动形态数据结合起来，使用该两组数据在平面坐标系上建立对应关系，将坐标系中的水压与围岩强度之比定义为突涌源形态系数J，并进行分区，得到隧道特定部位的突涌源6类形态，不同的突涌源形态对应相应的灾害程度，形成了隧道突涌源形态平面坐标系；再通过实际勘察与试验获得隧道断面某部位的水压、围岩强度及调整系数，计算得到突涌源形态系数；最后，将计算得到的突涌源形态系数放置于隧道突涌源形态平面坐标系中进行核对，即可判断出实际特定部位的隧道突涌源形态及其对应的灾害程度；再通过实际勘察与试验获得隧道断面某部位的水压与围岩强度，计算得到突涌源形态系数；最后，将计算得到的突涌源形态系数放置于隧道突涌源形态平面坐标系中进行核对，即可判断出隧道断面中实际部位的隧道突涌隐患的形态与对应的灾害程度。该方法科学、准确地综合估算隧道断面某部位的突涌灾害程度，为识别突涌隐患提供了可靠的技术手段，有效的解决了隧道设计与施工遇到的关键问题；具体步骤如下：
步骤1、使用常用的隧道围岩自稳经验数据与地下水从钻孔(孔隙或裂隙)流出时的运动形态经验数据结合起来，得到隧道突涌源形态平面坐标系；其方法是：
(1)确定隧道围岩自稳状态：将隧道围岩分级与围岩轴心抗压强度结合，建立围岩自稳状态的对应关系见表1；
表1：围岩分级与围岩强度在围岩自稳性的对应状态
(2)确定地下水从钻孔孔洞渗出或流出或喷出的运动形态：在隧洞内钻孔，孔径为70～90毫米，当遇到有压力的地下水时，水从钻孔渗出或流出或喷出，将从钻孔渗出或流出或喷出孔口的水体运动形态与水压结合而确定为地下水的运动形态见表2；地下水从围岩孔隙或裂隙渗出或流出或喷出的运动形态与从钻孔孔洞渗出或流出或喷出的运动形态相同。
表2：水压与水体对应的运动形态
(3)确定突涌源形态参数：将上述两组数据结合起来，建立平面坐标系，得到突涌源形态坐标参数见表3；
表3：突涌源形态参数表
步骤2、进行突涌源形态分类：突涌源形态分类的方法是：
(1)表3中的水压与围岩强度的比值，属于突涌隐患的源头，是隧道某部位围岩携带的物理参数，能够反映出突涌隐患转化为突涌灾害时显现的宏观形态，定义为突涌源形态系数J。突涌源形态系数J的计算公式：
J＝ε×(P水/R围)，
J---突涌源形态系数，属于无纲量指标；
ε---围岩组成颗粒修正系数或调整系数，属于无纲量指标；对于非粉细砂性土、岩石，暂定取值为1.0；粉细砂取值为1.05；
P水---隧道某部位围岩地下水水压力，MPa；
R围---隧道某部位围岩轴心抗压强度，MPa。
如果是腔洞或溶洞，计算J值时，水压与围岩强度的取值按如下方法：
D、纯充水腔洞，水压取核心区的水压，围岩强度取腔洞壳向外2米的围岩强度；
E、充水充泥腔洞，水压取核心区的水压，围岩强度取核心区土体的强度，如果土体强度数值比水压低，则围岩强度取腔洞壳向外2米的围岩强度；
F、无水腔洞，水压统一取0.5MPa，围岩强度取腔洞壳向外2米的围岩强度。
(2)水压与围岩强度关系确定
将水压及其运动形态作为纵轴，将围岩抗压强度及自稳性为横轴，得到水压力与围岩强度的坐标系，参考地基变形与承载力的经验，根据J值大小，判断其变形程度及力学变形区域；
①当J值大于1×10-1时，围岩处于塑性过大变形区；
②当J值大于1×10-2而小于1×10-1时，属于塑性大变形区；
③当J值大于1×10-3而小于1×10-2时，属于塑性小变形区；
④当J值大于1×10-4而小于1×10-3时，属于弹塑性区；
⑤当J值大于0而小于1×10-4时，属于弹性区。
(3)突涌源形态的分类
结合表3突涌源形态参数表中的围岩自稳状态、地下水运动形态和突涌源形态系数J所处的力学变形区域来区分突涌源形态，共分为6类突涌源形态，6类突涌源形态见表4；
表4：突涌形态类型与突涌源形态系数区间
①当J值在0.6×100～1.0×100区间，围岩体变形处于塑性过大变形范畴，横轴上的围岩体现出失稳状态，纵轴上的水压体现出高水压，溅距居于“跃～爆”的形态。围岩总体处于不安全状态，围岩必然失稳,爆发突涌，形态为突泥涌水迸发，确定为Ⅵ类突涌；
②当J值在1.0×10-1～0.6×100区间，围岩体变形属于塑性过大变范畴，横轴上对应的围岩，几乎全部体现出失稳状态，纵轴的水压包含了低、中、高范围的水压，溅距覆盖所有形态。围岩体变形、围岩自稳性、水体运动形态3种形态中，多数区域3类形态均体现出失稳状态，少数区域至少有2类形态体现出失稳状态，围岩失稳,发生突涌灾害，定为Ⅴ类突涌，形态为涌水突泥；
③当J值在1.0×10-1～1.0×10-2区间，围岩体变形属于塑性小变形范畴，横轴上围岩自稳形态与对应于纵轴上的水压溅距成反向关系，围岩体变形、围岩自稳性、水体运动形态3种形态中至少有一种形态体现出失稳状态，围岩失稳,爆发突涌灾害，定为Ⅳ类突涌，形态或为突泥，或为涌水，或突泥涌水；
④当J值在1.0×10-2～1.0×10-3区间，围岩体变形处于弹塑性变形范畴，横轴上自稳性差的围岩对应于纵轴上较小的水压，横轴上自稳性好的围岩对应于纵轴上较大的水压，围岩体变形、围岩自稳性、水体运动形态3种形态中体现出临界稳定状态，围岩处于临界稳定状态，定为Ⅲ类突涌，不会出现突涌灾害；
⑤当J值在1.0×10-3～1.0×10-4区间，围岩体变形处于弹塑性变形范畴，横轴上的围岩自稳性好，纵轴上的水压低，围岩体变形、围岩自稳性、水体运动形态3种形态中体现出稳定状态，围岩处于稳定状态，定为Ⅱ类突涌，不会出现突涌灾害；
⑥当J值在0～1.0×10-4区间，围岩体变形处于弹性变形范畴，横轴上的围岩自稳性好，纵轴上的水压低，围岩体变形、围岩自稳性、水体运动形态3种形态中体现出稳定状态，围岩处于稳定状态，定为Ⅰ类突涌，不会出现突涌灾害。
步骤3，工地现场采集数据:
通过实际勘察与试验获得隧道某部位地下水的水压与围岩强度数据：
(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)通过常规岩性分析，推断围岩组成颗粒修正系数或调整系数ε。
步骤4，估算突涌源形态类型和灾害程度：
将步骤3得到的数据进行运算，得到突涌源形态系数J值，对应表4的突涌源6类形态及数值区间，估算得到隧道断面特定部位的突涌源形态类型和灾害程度。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果：
本发明克服传统方法以涌水量为单一因素来估算突涌灾害程度而不能准确预测到突泥、涌水突泥灾害的形态及程度的缺陷；本方法具体到了隧道的特定部位，能够推断各类突涌隐患的形态和灾害程度，而且更具体、更准确、更可靠，为断面和区段分析打下基础，避免对突涌隐患的误判，从而采取针对性措施，将获得较好的社会效益、经济效益和生态效益。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进一步的详细描述。以下实施例只是本发明的较优选的具体方式之一，本领域的技术员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。
实施例1兰渝铁路胡麻岭隧道
兰渝铁路胡麻岭隧道估算隧道特定部位的突涌隐患形态与灾害程度，将已有的围岩自稳经验数据与地下水从孔隙或裂隙或钻孔孔洞流出时的运动形态数据结合起来，使用该两组数据在平面坐标系上建立对应关系，将坐标系中的水压与围岩强度之比定义为突涌源形态系数J，并进行分区，得到隧道特定部位的突涌源6类形态，不同的突涌源形态对应相应的灾害程度，形成了隧道突涌源形态平面坐标系；再通过实际勘察与试验获得隧道断面某部位的水压、围岩强度及调整系数，计算得到突涌源形态系数；最后，将计算得到的突涌源形态系数放置于隧道突涌源形态平面坐标系中进行核对，即可判断出实际特定部位的隧道突涌源形态及其对应的灾害程度；再通过实际勘察与试验获得隧道断面某部位的水压与围岩强度，计算得到突涌源形态系数；最后，将计算得到的突涌源形态系数放置于隧道突涌源形态平面坐标系中进行核对，即可判断出隧道断面中实际部位的隧道突涌隐患的形态与对应的灾害程度。具体步骤如下：
使用常用的隧道围岩自稳经验数据与地下水从钻孔(孔隙或裂隙)流出时的运动形态经验数据结合起来，得到隧道突涌源形态平面坐标系；其方法是：
(1)确定隧道围岩自稳状态：将隧道围岩分级与围岩轴心抗压强度结合，建立围岩自稳状态的对应关系见表5；
表5：围岩分级与围岩强度在围岩自稳性的对应状态
(2)确定地下水从钻孔孔洞渗出或流出或喷出的运动形态：在隧洞内钻孔，孔径为70～90毫米，当遇到有压力的地下水时，水从钻孔渗出或流出或喷出，将从钻孔渗出或流出或喷出孔口的水体运动形态与水压结合而确定为地下水的运动形态见表6；地下水从围岩孔隙或裂隙渗出或流出或喷出的运动形态与从钻孔孔洞渗出或流出或喷出的运动形态相同。
表6：水压与水体对应的运动形态
(3)确定突涌源形态参数：将上述两组数据结合起来，建立平面坐标系，得到突涌源形态坐标参数见表7；
表7：突涌源形态参数表
步骤2，进行突涌源形态分类：突涌源形态分类的方法是：
(1)表3中的水压与围岩强度的比值，属于突涌隐患的源头，是隧道某部位围岩携带的物理参数，能够反映出隐患转化为灾害时显现的宏观形态，定义为突涌源形态系数J。突涌源形态系数J的计算公式：
J＝ε×(P水/R围)；
J--突涌源形态系数，属于无纲量指标；
ε--修正系数或调整系数，属于无纲量指标；对于非粉细砂性土、岩石，暂定取值为1.0；粉细砂取值为1.05；
P水--隧道某部位围岩地下水水压力，MPa；
R围--隧道某部位围岩轴心抗压强度，MPa。
如果是腔洞或溶洞，计算J值时，水压与围岩强度的取值按如下方法：
A、纯充水腔洞，水压取核心区的水压，围岩强度取腔洞壁向外2米的围岩强度；
B、充水充泥腔洞，水压取腔洞核心区的水压，围岩强度取腔洞核心区土体的强度，如果土体强度数值比水压低，则围岩强度取腔洞壁向外2米的围岩强度；
C、无水腔洞，水压统一取0.5MPa，围岩强度取腔洞壁向外2米的围岩强度。
(2)水压与围岩强度关系确定
将水压及其运动形态作为纵轴，将围岩抗压强度及自稳性为横轴，得到水压力与围岩强度的坐标系，参考地基变形与承载力的经验，根据J值大小，判断其变形程度及力学变形区域；
①当J值大于1×10-1时，围岩处于塑性过大变形区；
②当J值大于1×10-2而小于1×10-1时，属于塑性大变形区；
③当J值大于1×10-3而小于1×10-2时，属于塑性小变形区；
④当J值大于1×10-4而小于1×10-3时，属于弹塑性区；
⑤当J值大于0而小于1×10-4时，属于弹性区。
(3)突涌源形态的分类
结合突涌源形态参数表中的围岩自稳状态、地下水运动形态和突涌源形态系数J所处的力学变形区域来区分突涌源形态，共分为6类突涌源形态，6类突涌源形态见表8；
表8：突涌形态类型与突涌源形态系数区间
①当J值在0.6×100～1.0×100区间，围岩体变形处于塑性过大变形范畴，横轴上的围岩体现出失稳状态，纵轴上的水压体现出高水压，溅距居于“跃～爆”的形态。围岩总体处于不安全状态，围岩必然失稳,爆发突涌，形态为突泥涌水迸发，确定为Ⅵ类突涌；
②当J值在1.0×10-1～0.6×100区间，围岩体变形属于塑性过大变范畴，横轴上对应的围岩，几乎全部体现出失稳状态，纵轴的水压包含了低、中、高范围的水压，溅距覆盖所有形态。围岩体变形、围岩自稳性、水体运动形态3种形态中，多数区域3类形态均体现出失稳状态，少数区域至少有2类形态体现出失稳状态，围岩失稳,发生突涌灾害，定为Ⅴ类突涌，形态为涌水突泥；
③当J值在1.0×10-1～1.0×10-2区间，围岩体变形属于塑性小变形范畴，横轴上围岩自稳形态与对应于纵轴上的水压溅距成反向关系，围岩体变形、围岩自稳性、水体运动形态3种形态中至少有一种形态体现出失稳状态，围岩失稳,爆发突涌灾害，定为Ⅳ类突涌，形态或为突泥，或为涌水，或突泥涌水；
④当J值在1.0×10-2～1.0×10-3区间，围岩体变形处于弹塑性变形范畴，横轴上自稳性差的围岩对应于纵轴上较小的水压，横轴上自稳性好的围岩对应于纵轴上较大的水压，围岩体变形、围岩自稳性、水体运动形态3种形态中体现出临界稳定状态，围岩处于临界稳定状态，定为Ⅲ类突涌，不会出现突涌灾害；
⑤当J值在1.0×10-3～1.0×10-4区间，围岩体变形处于弹塑性变形范畴，横轴上的围岩自稳性好，纵轴上的水压低，围岩体变形、围岩自稳性、水体运动形态3种形态中体现出稳定状态，围岩处于稳定状态，定为Ⅱ类突涌，不会出现突涌灾害；
⑥当J值在0～1.0×10-4区间，围岩体变形处于弹性变形范畴，横轴上的围岩自稳性好，纵轴上的水压低，围岩体变形、围岩自稳性、水体运动形态3种形态中体现出稳定状态，围岩处于稳定状态，定为Ⅰ类突涌，不会出现突涌灾害。
步骤3，工地现场采集数据:
通过实际勘察与试验获得地下水的水压与围岩强度数据：
(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。
兰渝铁路胡麻岭隧道困难地段的围岩属于第三系粉细砂围岩，为弱渗透性，隧道断面的水文地质条件相对较均匀，最大水压为0.4MPa，天然饱和强度为0.8～2.67MPa，隧道巷道涌水量小于1000m3/d。
(3)通过常规岩性分析，推断围岩组成颗粒修正系数或调整系数ε，围岩为粉细砂，ε值取1.05。
步骤4，估算突涌源形态类型和灾害程度：
将步骤3得到的数据进行运算，得到突涌源形态系数J值，对应突涌源6类形态及数值区间，估算得到特定部位的突涌源形态类型和灾害程度。
(1)按本发明方法运算的突涌源形态系数为：
J1＝ε×(P水/R围)＝1.05×0.4/0.8＝5×10-1＝5.3/10，ε为围岩组成颗粒修正系数，在此时取1.05。
J2＝ε×(P水/R围)＝1.05×0.4/2.67＝1.5×10-1＝1.6/10，ε为围岩组成颗粒修正系数，在此时取1.05。
(2)突涌源形态参数
J1、J2在突涌源形态参数表中的位置见表9。
表9：突涌源形态参数表
(3)突涌源形态和灾害程度
估算得到的突涌源形态和灾害程度见表10。
表10：突涌形态类型与形态系数区间
最后，确定胡麻岭隧道突涌源形态和灾害程度为Ⅴ类，虽然水压不高，但是仍然属于较大的涌水突泥灾害。
对照实施例1兰渝铁路胡麻岭隧道
按《公路隧道施工技术细则》(JTG/T F60-2009)以巷道水量进行分级的涌水涌泥程度分级为表11的轻微～小型程度，形态为涌泥灾害，或者不会发生突涌灾害。
表11:涌水涌泥程度分级
胡麻岭隧道实际发生的突涌灾害是突泥涌水灾害，灾害程度为既非小型，也非轻微。该隧道原计划工期4年，实际耗时9年，其中有一段隧道长173米用时6年。主要原因是发生了较大的涌水突泥灾害。说明传统方法对胡麻岭隧道的灾害形态及灾害程度的估算均不准确。

Claims (2)

1.一种估算隧道特定部位的突涌隐患形态与灾害程度的方法，其特征在于：将已有的隧道围岩自稳经验数据与地下水从孔隙或裂隙或钻孔孔洞流出时的运动形态数据结合起来，使用该两组数据在平面坐标系上建立对应关系，将坐标系中的水压与围岩强度之比定义为突涌源形态系数J，并进行分区，得到隧道特定部位的突涌源6类形态，不同的突涌源形态对应相应的灾害程度，形成了隧道突涌源形态平面坐标系；再通过实际勘察与试验获得隧道断面某部位的水压、围岩强度及调整系数，计算得到突涌源形态系数；最后，将计算得到的突涌源形态系数放置于隧道突涌源形态平面坐标系中进行核对，即可判断出实际特定部位的隧道突涌源形态及其对应的灾害程度。
2.根据权利要求1所述的一种估算隧道特定部位的突涌隐患形态与灾害程度的方法，其特征在于：具体步骤如下：
步骤1、使用常用的隧道围岩自稳经验数据与地下水从钻孔(孔隙或裂隙)流出时的运动形态经验数据结合起来，得到隧道突涌源形态平面坐标系；其方法是：
(1)确定隧道围岩自稳状态：将隧道围岩分级与围岩轴心抗压强度结合，建立围岩自稳状态的对应关系见表1；
表1：围岩分级与围岩强度在围岩自稳性的对应状态
(2)确定地下水从钻孔孔洞渗出或流出或喷出的运动形态：在隧洞内钻孔，孔径为70～90毫米，当遇到有压力的地下水时，水从钻孔渗出或流出或喷出，将从钻孔渗出或流出或喷出孔口的水体运动形态与水压结合而确定为地下水的运动形态见表2；地下水从围岩孔隙或裂隙渗出或流出或喷出的运动形态与从钻孔孔洞渗出或流出或喷出的运动形态相同；
表2：水压与水体对应的运动形态
(3)确定突涌源形态参数：将上述两组数据结合起来，建立平面坐标系，得到突涌源形态坐标参数见表3；
表3：突涌源形态参数表
步骤2、进行突涌源形态分类：突涌源形态分类的方法是：
(1)表3中的水压与围岩强度的比值，属于突涌隐患的源头，是隧道某部位围岩携带的物理参数，能够反映出隐患转化为灾害时显现的宏观形态，定义为突涌源形态系数J；突涌源形态系数J的计算公式：
J＝ε×(P水/R围)，
J---突涌源形态系数，属于无纲量指标；
ε---围岩组成颗粒修正系数或调整系数，属于无纲量指标；对于非粉细砂性土、岩石，暂定取值为1.0；粉细砂取值为1.05；
P水---隧道某部位围岩地下水水压力，MPa；
R围---隧道某部位围岩轴心抗压强度，MPa；
如果是腔洞或溶洞，计算J值时，水压与围岩强度的取值按如下方法：
A、纯充水腔洞，水压取腔洞核心区的水压，围岩强度取腔洞壁向外2米的围岩强度；
B、充水充泥腔洞，水压腔洞取核心区的水压，围岩强度取腔洞核心区土体的强度，如果土体强度数值比水压低，则围岩强度取腔洞壁向外2米的围岩强度；
C、无水腔洞，水压统一取0.5MPa，围岩强度取腔洞壁向外2米的围岩强度；
(2)水压与围岩强度关系确定
将水压及其运动形态作为纵轴，将围岩抗压强度及自稳性为横轴，得到水压与围岩强度的平面坐标系，参考地基变形与承载力的经验，根据J值大小，判断其变形程度及力学变形区域；
①当J值大于1×10-1时，围岩处于塑性过大变形区；
②当J值大于1×10-2而小于1×10-1时，属于塑性大变形区；
③当J值大于1×10-3而小于1×10-2时，属于塑性小变形区；
④当J值大于1×10-4而小于1×10-3时，属于弹塑性区；
⑤当J值大于0而小于1×10-4时，属于弹性区；
(3)突涌源形态的分类
结合突涌源形态参数表中的围岩自稳状态、地下水运动形态和突涌源形态系数J所处的力学变形区域来区分突涌源形态，共分为6类突涌源形态，6类突涌源形态见表4；
表4：突涌形态类型与突涌源形态系数区间
①当J值在0.6×100～1.0×100区间，围岩体变形处于塑性过大变形范畴，横轴上的围岩体现出失稳状态，纵轴上的水压体现出高水压，溅距居于“跃～爆”的形态；围岩总体处于不安全状态，围岩必然失稳,爆发突涌，形态为突泥涌水迸发，确定为Ⅵ类突涌；
②当J值在1.0×10-1～0.6×100区间，围岩体变形属于塑性过大变范畴，横轴上对应的围岩，几乎全部体现出失稳状态，纵轴的水压包含了低、中、高范围的水压，溅距覆盖所有形态；围岩体变形、围岩自稳性、水体运动形态3种形态中，多数区域3类形态均体现出失稳状态，少数区域至少有2类形态体现出失稳状态，围岩失稳,发生突涌灾害，定为Ⅴ类突涌，形态为涌水突泥；
③当J值在1.0×10-1～1.0×10-2区间，围岩体变形属于塑性小变形范畴，横轴上围岩自稳形态与对应于纵轴上的水压溅距呈反向关系，围岩体变形、围岩自稳性、水体运动形态3种形态中至少有一种形态体现出失稳状态，围岩失稳,爆发突涌灾害，定为Ⅳ类突涌，形态或为突泥，或为涌水，或突泥涌水；
④当J值在1.0×10-2～1.0×10-3区间，围岩体变形处于弹塑性变形范畴，横轴上自稳性差的围岩对应于纵轴上较小的水压，横轴上自稳性好的围岩对应于纵轴上较大的水压，围岩体变形、围岩自稳性、水体运动形态3种形态中体现出临界稳定状态，围岩总体处于临界稳定状态，定为Ⅲ类突涌，不会出现突涌灾害；
⑤当J值在1.0×10-3～1.0×10-4区间，围岩体变形处于弹塑性变形范畴，横轴上的围岩自稳性好，纵轴上的水压低，围岩体变形、围岩自稳性、水体运动形态3种形态中体现出稳定状态，围岩总体处于稳定状态，定为Ⅱ类突涌，不会出现突涌灾害；
⑥当J值在0～1.0×10-4区间，围岩体变形处于弹性变形范畴，横轴上的围岩自稳性好，纵轴上的水压低，围岩体变形、围岩自稳性、水体运动形态3种形态中体现出稳定状态，围岩总体处于稳定状态，定为Ⅰ类突涌，不会出现突涌灾害；
步骤3，工地现场采集数据:
通过实际勘察与试验获得地下水的水压与围岩强度数据：
(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)通过常规岩性分析，推断围岩组成颗粒修正系数或调整系数ε；
步骤4，估算突涌源形态类型和灾害程度：
将步骤3得到的数据进行运算，得到突涌源形态系数J值，对应突涌源6类形态及数值区间，估算得到特定部位的突涌源形态类型和灾害程度。
CN201810237585.7A 2018-03-22 2018-03-22 一种估算隧道特定部位的突涌隐患形态与灾害程度的方法 Active CN108446500B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810237585.7A CN108446500B (zh) 2018-03-22 2018-03-22 一种估算隧道特定部位的突涌隐患形态与灾害程度的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810237585.7A CN108446500B (zh) 2018-03-22 2018-03-22 一种估算隧道特定部位的突涌隐患形态与灾害程度的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108446500A true CN108446500A (zh) 2018-08-24
CN108446500B CN108446500B (zh) 2019-01-29

Family

ID=63196359

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810237585.7A Active CN108446500B (zh) 2018-03-22 2018-03-22 一种估算隧道特定部位的突涌隐患形态与灾害程度的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108446500B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112069575A (zh) * 2020-08-27 2020-12-11 盐城工学院 一种基于扩展有限元法的隧道隐伏式缺陷衬砌病害分析方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103821544A (zh) * 2014-02-28 2014-05-28 山东大学 隧道与地下工程高压大流量突涌水治理方法
CN104035142A (zh) * 2014-06-05 2014-09-10 同济大学 一种海底隧道突涌水险情早期预警方法
CN106296475A (zh) * 2016-07-29 2017-01-04 山东大学 隧道及地下工程突涌水灾害多类型证据合成评估方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103821544A (zh) * 2014-02-28 2014-05-28 山东大学 隧道与地下工程高压大流量突涌水治理方法
CN104035142A (zh) * 2014-06-05 2014-09-10 同济大学 一种海底隧道突涌水险情早期预警方法
CN106296475A (zh) * 2016-07-29 2017-01-04 山东大学 隧道及地下工程突涌水灾害多类型证据合成评估方法

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JIN-HUNG HWANG等: "A semi-analytical method for analyzing the tunnel water inflow", 《TUNNELLING AND UNDERGROUND SPACE TECHNOLOGY》 *
袁永才等: "岩溶隧道突涌水致灾构造与前兆信息判识技术探讨", 《现代隧道技术》 *
陈礼彪等: "非可溶岩隧道突涌灾害预测研究及工程应用", 《岩石力学与工程学报》 *
雷霆等: "顶部溶洞水压对隧道突涌水灾害影响的数值分析", 《隧道建设》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112069575A (zh) * 2020-08-27 2020-12-11 盐城工学院 一种基于扩展有限元法的隧道隐伏式缺陷衬砌病害分析方法
CN112069575B (zh) * 2020-08-27 2023-12-01 盐城工学院 一种基于扩展有限元法的隧道隐伏式缺陷衬砌病害分析方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN108446500B (zh) 2019-01-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Qiu et al. Experimental study on the effect of water gushing on loess metro tunnel
CN102561330B (zh) 人工挖孔桩与钢管混凝土柱一体化的施工方法
CN104833789B (zh) 利用致密砂岩微观孔隙结构确定气水关系的方法
CN103075150B (zh) 一种原孔位多次应力解除法的地应力测试方法
CN102410014B (zh) 含水围岩煤层瓦斯压力测试方法
CN102817619B (zh) 隧道内探测无水和有水溶腔的组合超前钻探方法
CN106157181B (zh) 一种基于随钻参数对土质围岩快速实时分级的方法
CN107423524A (zh) 一种长埋深隧洞突涌水灾害危险性等级预判的方法
CN109440794A (zh) 一种适用于浅埋地铁盾构施工隧道岩溶的精细处置方法
CN106372297A (zh) 砂土岩溶地层中盾构与溶洞安全垂直距离的确定方法
CN104807721A (zh) 预应力混凝土现浇梁预应力管道压浆密实度综合检测方法
CN107102378B (zh) 利用孔压静力触探测定承压含水层水位与水头高度的方法
CN102720513A (zh) 动水动态信息化注浆方法
CN105093349A (zh) 一种实测巷道顶板内部裂隙发展发育规律的方法
CN108446500B (zh) 一种估算隧道特定部位的突涌隐患形态与灾害程度的方法
CN110397458A (zh) 一种适用于塌方隧道扩建的三维加固施工方法
CN108918823A (zh) 隧道突水突泥洞内涌泥淤积长度的预测方法
CN108536927B (zh) 一种估算深埋隧道等效断面突涌灾害烈度的方法
Wu et al. Three-dimensional analytical solutions of non-Darcy seepage in front of a grouted subsea tunnel face
CN107169224A (zh) 基于cptu测试进行大直径超长管桩可打入性分析方法
Liu et al. A fractal model for characterizing hydraulic properties of fractured rock mass under mining influence
CN208568471U (zh) 静止侧向土压力系数k0原位测试装置
CN108399311A (zh) 一种估算突涌隐患隧道临界顶板厚度的方法
CN108520113A (zh) 一种估算隧道帷幕注浆加固半径的方法
CN103806477B (zh) 锚孔孔位及坡/壁角测定仪

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant