CN108536927B - 一种估算深埋隧道等效断面突涌灾害烈度的方法 - Google Patents

一种估算深埋隧道等效断面突涌灾害烈度的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108536927B
CN108536927B CN201810237591.2A CN201810237591A CN108536927B CN 108536927 B CN108536927 B CN 108536927B CN 201810237591 A CN201810237591 A CN 201810237591A CN 108536927 B CN108536927 B CN 108536927B
Authority
CN
China
Prior art keywords
section
tunnel
prominent
subregion
equivalent cross
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.)
Active
Application number
CN201810237591.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108536927A (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 CN201810237591.2A priority Critical patent/CN108536927B/zh
Publication of CN108536927A publication Critical patent/CN108536927A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108536927B publication Critical patent/CN108536927B/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

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Lining And Supports For Tunnels (AREA)

Abstract

本发明公开了一种估算深埋隧道等效断面突涌灾害烈度的方法，包括确定深埋隧道等效断面，对隧道等效断面进行分区并赋值，计算各分区和断面的突涌强度；确定基准等效断面并提出隧道等效断面的突涌烈度估算公式，依据断面突涌烈度建立非突涌断面、过渡断面、突涌隐患断面三类单元断面；通过勘察与试验获得隧道各分区的水压、围岩强度、围岩颗粒调整系数，使用水压与围岩强度数据计算出各分区的突涌源形态系数及突涌强度，再套用隧道等效断面突涌烈度公式计算突涌烈度G值，依据突涌烈度G值估算该断面的突涌隐患程度。该方法为科学、准确地综合估算隧道断面突涌灾害程度而提供可靠的技术手段，有效的解决了隧道设计与施工遇到的关键问题。

Description

一种估算深埋隧道等效断面突涌灾害烈度的方法
技术领域
本发明涉及隧道与地下工程突涌灾害分析方法，具体涉及一种估算深埋隧道等效断面突涌灾害烈度的方法。
背景技术
存在突涌隐患的每个隧道区段由一系列的断面组成，每个隧道断面则由对一系列多个部位组成，而各部位的水文地质条件不一定相同，那么，若已知各部位的水文地质条件及情况，如何综合估算该断面的突涌隐患程度呢？这是隧道设计与施工遇到的一个关键的技术问题。
现有估算隧道涌水灾害程度的办法主要依靠水量单一技术参数，当勘探部位或突水点存在不同的涌水量时，要么取最大的涌水量作为该断面的代表值来估算断面灾害程度，要么简单化的予以平均值来估算，这种以水量来估算突涌灾害的方法本来就不够准确，现在加上没有考虑若干部位突涌隐患不同而简单评价的缺陷，使得目前估算隧道断面突涌灾害隐患程度更加不准确，从而给治理隧道隐患带来困难。为此，有必要提出一种估算深埋隧道等效断面突涌灾害烈度的分析方法，为科学、准确地综合估算隧道断面突涌灾害程度而提高可靠的技术手段，从而破解隧道设计与施工遇到的关键的技术问题。
发明内容
针对目前估算隧道断面突涌灾害程度技术方法存在的技术问题，本发明的目的是提供一种估算深埋隧道等效断面突涌灾害烈度的方法，该方法可为科学、准确地综合估算隧道断面突涌灾害程度而提供可靠的技术手段，有效的解决了隧道设计与施工遇到的关键技术问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种估算深埋隧道等效断面突涌灾害烈度的方法，包括确定深埋隧道等效断面，对隧道等效断面进行分区并赋值，计算各分区和断面的突涌强度；确定基准等效断面并提出隧道等效断面的突涌烈度估算公式；依据断面突涌烈度建立非突涌断面、过渡断面、突涌隐患断面三类单元断面；通过勘察与试验获得隧道各分区的水压、围岩强度、围岩颗粒调整系数，使用水压与围岩强度数据计算出各分区的突涌源形态系数及突涌强度，再套用隧道等效断面突涌烈度公式计算突涌烈度G值，依据突涌烈度G值估算该断面的突涌隐患程度；其具体步骤如下：
步骤1：确定深埋隧道等效断面,包括以下情形的区分
(1)确定深埋圆形隧道的等效断面
对于深埋圆形隧道，当隧洞某掌子面的围岩被开挖时，其断面出现应力-应变调整，隧洞可以近似地简化为深埋于均质体半空间中的孔洞，孔洞内部开挖导致的断面应力-应变关系二次调整经力学推导与验算证明，显著调整范围是以5r为半径的圆，则确定以5r为半径的圆形断面为深埋圆形隧道的等效断面；
(2)确定深埋非圆形隧道的等效断面
对于深埋非圆形隧道，则以隧道断面的中心为圆心，以开挖轮廓线距离该圆心的最大距离为半径r，绘制一个小圆形，再以该小圆的圆心为中心，以5r为半径绘制一个大圆，则确定该大圆为深埋非圆形隧道的等效断面；
步骤2：对隧道等效断面进行分区并赋值,包括以下情形的区分
(1)力学分区
将隧道等效断面分为三个力学区：塑性大变形区A、塑性小变形区B、弹塑性区C；
(2)几何分区
将等效断面划分为25个分区，每个分区的大小为2r×2r的正方形；25个几何分区合并得到了一个10r×10r的大正方形，该大正方形与圆形隧道等效断面相切并接近，所以也称为隧道等效断面；
(3)对各分区进行赋值
根据隧道位移变形测量数据统计，确定C区的变形速率小于0.1mm/d；B区的变形速率，居于0.1～1.0mm/d之间；A区变形速率，大于1.0mm/d，严重时大于5.0mm/d；
A区的最小变形速率是C区最大变形速率的10+1倍，若C区变形速率的量级基准确定为10，即10+1，则A区的变形速率的量级就为10+2；A区的变形速率有2个等级，则其变形速率量级中值数就为(100+500)/2＝300；B区居于A区最小变形速率与C区最大变形速率之间，则B区的变形速率量级的中值数就为(10+100)/2＝55。如下表1所示；
表1：隧道等效断面各分区赋值表
10 10 10 10 10
10 55 55 55 10
10 55 300 55 10
10 55 55 55 10
10 10 10 10 10
(4)调整各分区的赋值
①按上部、下部的重要性调整隧道所在列的分区的赋值
静水水压力是沿重力垂直方向作用的，以隧道的位置为基准，重要性系数取值为1.0，每上升一个分区系数提高0.2，每下降一个分区系数降低0.2，如下表2所示；
表2：调整隧道所在列的分区的赋值表
②按与隧道距离的大小调整其它列的分区的赋值
水压力的另一个特性是在同一高程点上，各向同性，重要性是同等的，但越靠近隧道对隧道影响则越强，反之，离隧道越远则影响越弱，以隧道位置的那列为基准，远离一个分区，下降系数0.2，如下表3所示；经计算，隧道等效断面共三个圈层，第一层内核重要程度值为300，第二层为374，第三层为112。其中，第一层占38～40％，第二层占45～48％，第三层占14～15％；
表3：调整其它列的分区赋值表
10×1.0 10×1.2 10×1.4 10×1.2 10×1.0
10×0.8 55×1.0 55×1.2 55×1.0 10×0.8
10×0.6 55×0.8 300×1.0 55×0.8 10×0.6
10×0.4 55×0.6 55×0.8 55×0.6 10×0.4
10×0.2 10×0.4 10×0.6 10×0.4 10×0.2
(5)内核细分区与赋值
内核也可以再细分区，根据上下的重要性赋值，其它分区也可参考内核的细分区和赋值办法，如下表4所示；
表4：等效断面内核再细分区赋值表
步骤3：建立各分区、等效断面的突涌强度计算公式
(1)建立分区的突涌强度计算公式
Qi＝Ji×Νi×ξ
其中：Qi表示分区突涌源形态的显著程度，无量纲；
Ji为分区对应的突涌源形态系数，计算分区突涌强度Qi时，J值的取值范围为0≤J≤10-1，当J＞10-1时，J值一律取值为1×10-1；
Νi为对应的分区赋值；
ξ为等效断面各分区的边界影响系数，ξ按如下情况对应取值：
①当分区的边界为充水充泥腔洞时，分区若位于拱顶上部ξ取1.2，若位于与隧道同一高程处ξ取1.10，若位于隧道之下ξ取1.05；
②当分区的边界为充水腔洞时，分区若位于拱顶上部ξ取1.10，若位于与隧道同一高程处ξ取1.05，若位于隧道之下ξ取1.03；
③当分区的边界为干腔洞时，分区若位于拱顶上部ξ取1.05，若位于与隧道同一高程处ξ取1.03，若位于隧道之下ξ取1.0；
④当分区的边界属于非腔洞时，ξ取1.0；
(2)建立等效断面突涌强度公式
将隧道等效断面内全部25个分区的突涌强度相加，得到隧道等效断面的总突涌强度，
Q总＝∑Qi＝∑(Ji×Νi×ξ)
其中：Q总表示隧道等效断面突涌源形态的显著程度，无量纲；
Ji为分区对应的突涌源形态系数；
Νi为对应的分区赋值；
ξ为等效断面各分区的边界影响系数；
步骤4：确定隧道基准等效断面
当隧道等效断面内25个分区的突涌源形态系数J值均为10-2且ξ为1.0时，称该隧道等效断面为隧道基准等效断面，隧道基准等效断面的总突涌强度为7.86，如下表5所示；
表5：隧道基准等效断面数值表
步骤5：建立隧道等效断面的突涌烈度计算公式
G＝(Q总-Q基准)/Q基准＝(Q总-7.86)/7.86
其中：G为实际等效断面的突涌烈度，是表示相对于隧道基准等效断面，隧道实际等效断面突涌隐患的相对强弱程度，属于无纲量；
Q总为隧道实际等效断面的突涌强度；
Q基准为隧道基准等效断面的突涌强度，取值为7.86；
步骤6：建立非突涌断面、过渡断面、突涌隐患断面三类单元断面
(1)确定隧道基准等效断面允许偏差
鉴于25个区突涌源形态系数均为10-2的情况概率不高，则允许存在一些偏差，且鉴于等效断面三个圈层中最外层变形量级数值之和所占比重仅达到14％，因此，允许第三圈层进入第Ⅳ类形态的范围，即当JⅣ取值为0.055、ξ取值为1.0时，则Q基偏＝12.9，G基偏＝+64％，如下表6所示；
表6：隧道基准等效断面允许偏差数值表
(2)建立非突涌断面、过渡断面、突涌隐患断面三类单元断面
由于计算隧道等效断面突涌强度时，J值的取值范围限制在0≤J≤10-1，根据突涌烈度计算公式，可得到如下表7的隧道等效断面突涌烈度数值区间及相应的非突涌断面、过渡断面、突涌隐患断面三类单元断面。
7：突涌烈度区间数值表
①当隧道段的代表等效断面的突涌烈度-100％≤G＜0时，为非突涌断面；
②当隧道段的代表等效断面的突涌烈度0≤G≤+64％时，为突涌过渡断面；
③当隧道段的代表等效断面的突涌烈度+64％＜G≤+900％时，为一般突涌隐患断面；当G＞+900％时，隧道等效断面有某些分区邻近腔洞，为特殊突涌隐患断面；
步骤7：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8：估算深埋隧道等效断面突涌灾害烈度
将步骤7得到的数据进行运算，得到各分区的突涌源形态系数Ji值、分区突涌强度Qi值、隧道实际等效断面的突涌烈度G值，对应三个突涌单元数值区间，确定隧道实际等效断面的突涌属性。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、本发明综合了隧道地下水水压、围岩强度、围岩颗粒组成、隧道力学区域、水源与隧道的相对位置关系、围岩是否存在腔洞因素，提出了一种估算深埋隧道等效断面突涌灾害烈度的方法，提高了估算的准确性。克服了传统方法以涌水量为单一因素来估算突涌灾害程度而导致估算结果不够准确的缺陷。
2、本发明与已有技术相比，能够较准确的判断隧道断面是否存在突涌隐患及程度大小以及隧道断面所属段落的单元断面域属性，为后续的治理提供依据。
3、使用本发明方法分析、治理突涌隐患或灾害，将获得较好的社会效益、经济效益和生态效益。
附图说明
图1为本发明的圆形深埋隧道半空间断面示意图，图中，符号▽表示地表顶面，圆形表示隧道开挖轮廓面；
图2为本发明的圆形深埋隧道等效断面示意图，图中，小圆表示隧道开挖轮廓面，大圆表示隧道等效断面，数字1表示1倍隧道开挖半径，数字2表示2倍隧道开挖半径，数字3表示3倍隧道开挖半径，数字4表示4倍隧道开挖半径，数字5表示5倍隧道开挖半径；
图3为本发明的矩形形状深埋隧道等效断面示意图，图中，矩形表示实际隧道的形状，小圆表示隧道开挖轮廓面的虚拟轮廓面，大圆表示隧道等效断面，1r表示1倍隧道开挖半径，2r表示2倍隧道开挖半径，3r表示3倍隧道开挖半径，4r表示4倍隧道开挖半径，数字5r表示5倍隧道开挖半径；
图4为本发明的直墙式深埋隧道等效断面示意图，图中，矩形表示实际隧道的形状，小圆表示隧道开挖轮廓面的虚拟轮廓面，大圆表示隧道等效断面，1r表示1倍隧道开挖半径，2r表示2倍隧道开挖半径，3r表示3倍隧道开挖半径，4r表示4倍隧道开挖半径，数字5r表示5倍隧道开挖半径；
图5为本发明的深埋隧道等效断面变形速率分区示意图，图中，数字1表示1倍隧道开挖半径，数字2表示2倍隧道开挖半径，数字3表示3倍隧道开挖半径，数字4表示4倍隧道开挖半径，数字5表示5倍隧道开挖半径，小圆表示隧道开挖轮廓面，大圆表示隧道等效断面，中圆表示弹塑性区与塑性区的分界，A区属于塑性大变形区，范围包括小圆的范围，B区为半径为1倍隧道开挖半径至3倍隧道开挖半径的环形区，属于塑性小变形区，C区为半径为3倍隧道开挖半径至5倍隧道开挖半径的环形区，属于弹塑性区；
图6为本发明的25个轴对称分区及隧道等效断面示意图，图中，数字1表示1倍隧道开挖半径，数字2表示2倍隧道开挖半径，数字3表示3倍隧道开挖半径，数字4表示4倍隧道开挖半径，数字5表示5倍隧道开挖半径，小圆表示隧道开挖轮廓面，大圆表示隧道圆形等效断面，中圆表示弹塑性区与塑性区的分界，与隧道圆形等效断面相切的大正方形称为隧道正方形等效断面，该两等效断面统称为隧道等效断面，与小圆相切的小正方形是隧道等效断面轴对称分区之一，按对称原则还有24个轴对称分区。
具体实施方式
下面结合附图(参见图1-图6)和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施案例1估算某隧道断面的突涌隐患程度
一种估算深埋隧道等效断面突涌灾害烈度的方法，包括确定深埋隧道等效断面，将隧道等效断面进行分区并赋值，计算各分区、等效断面的突涌强度，确定基准等效断面并得到隧道等效断面的突涌烈度估算公式，建立非突涌断面、过渡断面、突涌隐患断面三类单元断面；通过勘察与试验获得隧道各分区的水压、围岩强度、围岩颗粒调整系数，使用水压与围岩强度数据计算出各分区的突涌源形态系数及突涌强度，再套用隧道等效断面突涌烈度公式计算突涌烈度G值，依据突涌烈度G值，估算该断面的突涌隐患程度；其具体步骤如下：
步骤1：确定深埋隧道等效断面，包括以下情形
(1)确定深埋圆形隧道的等效断面
对于深埋圆形隧道，当隧洞某掌子面的围岩被开挖时，其断面出现应力-应变调整，隧洞可以近似地简化为深埋于均质体半空间中的孔洞，(如图1)，孔洞内部开挖导致的断面应力-应变关系二次调整经力学推导与验算证明，显著调整范围是以5r为半径的圆，则我们称以5r为半径的圆形断面为深埋圆形隧道的等效断面，(如图2)；
(2)确定深埋非圆形隧道的等效断面
对于深埋非圆形隧道，以隧道断面的中心为圆心，以开挖轮廓线距离圆心的最大距离为半径r，绘制得一个小圆形，再以该小圆的圆心为中心，以5r绘制一个大圆，则该大圆我们称之为深埋非圆形隧道的等效断面，图3是矩形隧道的等效断面，图4是直墙式隧道的等效断面；
步骤2：对隧道等效断面进行分区并赋值，包括以下情形的区分
(1)力学分区
将隧道等效断面分为三个力学区：塑性大变形区A、塑性小变形区B、弹塑性区C，图5中的A、B、C三个圈层区域；
(2)几何分区
将等效断面划分为25个分区，每个分区的大小为2r×2r的正方形，(如图6)。几何分区得到了一个10r×10r的大正方形，该大正方形与圆形隧道等效断面相近，也称为隧道等效断面；
(3)对各分区进行赋值
一般情况下，C区的变形速率小于0.1mm/d；B区的变形速率，居于0.1～1.0mm/d；A区的变形速率，大于1.0mm/d，严重时大于5.0mm/d；
A区的最小变形速率是C区最大变形速率的10+1倍，若C区变形速率的量级基准确定为10，即10+1，则A区的变形速率的量级就为10+2；A区的变形速率有2个等级，则其变形速率量级中值数就为(100+500)/2＝300；B区居于A区最小变形速率与C区最大变形速率之间，则B区的变形速率量级的中值数就为(10+100)/2＝55。如下表8所示；
表8：隧道等效断面各分区赋值表
10 10 10 10 10
10 55 55 55 10
10 55 300 55 10
10 55 55 55 10
10 10 10 10 10
(4)调整各分区的赋值
①按上部、下部的重要性调整隧道隧道在列的分区的赋值
静水水压力是沿重力垂直方向作用的，以隧道的位置为基准，重要性系数取为1.0，每上升一个分区系数提高0.2，每下降一个分区系数降低0.2，如下表9所示；
表9：调整隧道所在列的分区的赋值表
②按与隧道距离的大小调整其它列的分区的赋值
水压力的另一个特性是在同一高程点上，各向同性，重要性是同等的，但越靠近隧道对隧道影响则越强，反之，离隧道越远则影响越弱；
以隧道位置的那列为基准，远离一个分区，下降系数0.2，如下表10所示；隧道等效断面共三个圈层，经计算，第一层内核重要程度值为300，第二层为374，第三层为112；其中，第一层约占38％，第二层约占48％，第三层约占14％；
表10：调整其它列的分区赋值表
10×1.0 10×1.2 10×1.4 10×1.2 10×1.0
10×0.8 55×1.0 55×1.2 55×1.0 10×0.8
10×0.6 55×0.8 300×1.0 55×0.8 10×0.6
10×0.4 55×0.6 55×0.8 55×0.6 10×0.4
10×0.2 10×0.4 10×0.6 10×0.4 10×0.2
(5)内核细分区与赋值
内核也可以再细分区，根据上下的重要性赋值，如下表11所示；其它分区也可参考内核的细分区和赋值办法；
表11：等效断面内核再细分区赋值表
步骤3：建立各分区、等效断面的突涌强度计算公式
(1)建立分区的突涌强度计算公式
Qi＝Ji×Νi×ξ
其中：Qi表示分区突涌源形态的显著程度，无量纲；计算分区突涌强度Qi时，J值的取值范围为0≤J≤10-1，当J＞10-1时，J值一律取值为1×10-1；
Ji为分区对应的突涌源形态系数；
Νi为对应的分区赋值；
ξ为等效断面各分区的边界影响系数；ξ按如下情况对应取值：
①当分区的边界为充水充泥腔洞时，分区若位于拱顶上部ξ取1.2，若位于与隧道同一高程处ξ取1.10，若位于隧道之下ξ取1.05；
②当分区的边界为充水腔洞时，分区若位于拱顶上部ξ取1.10，若位于与隧道同一高程处ξ取1.05，若位于隧道之下ξ取1.03；
③当分区的边界为干腔洞时，分区若位于拱顶上部ξ取1.05，若位于与隧道同一高程处ξ取1.03，若位于隧道之下ξ取1.0；
④当分区的边界属于非腔洞时，ξ取1.0；
(2)建立等效断面突涌强度公式
将隧道等效断面内全部25个分区的突涌强度相加，得到隧道等效断面的总突涌强度，
Q总＝∑Qi＝∑(Ji×Νi×ξ)
其中：Q总表示隧道等效断面突涌源形态的显著程度，无量纲；
Ji为分区对应的突涌源形态系数；
Νi为对应的分区赋值；
ξ为等效断面各分区的边界影响系数；
步骤4：确定隧道基准等效断面
当隧道等效断面内25个分区的突涌源形态系数J值均为10-2且ξ为1.0时，称该隧道等效断面为隧道基准等效断面，如下表12所示；隧道基准等效断面的总突涌强度为7.86；
表12：隧道基准等效断面数值表
步骤5：建立隧道等效断面的突涌烈度计算公式
G＝(Q总-Q基准)/Q基准＝(Q总-7.86)/7.86
其中：G为实际等效断面的突涌烈度，是表示相对于隧道基准等效断面，隧道实际等效断面突涌隐患的相对强弱程度，属于无纲量；
Q总为隧道实际等效断面的突涌强度；
Q基准为隧道基准等效断面的突涌强度，取值为7.86。
步骤6：建立非突涌断面、过渡断面、突涌隐患断面三类单元断面
(1)确定隧道基准等效断面允许偏差
鉴于25个区突涌源形态系数均为10-2的情况概率不高，应允许存在一些偏差，且鉴于等效断面三个圈层中最外层变形量级数值之和所占比重仅达到14％，因此，允许第三圈层进入第Ⅳ类形态的范围，即当JⅣ取值为0.055、ξ取值为1.0时，则Q基偏＝12.9，G基偏＝+64％，如下表13所示；
表13：隧道基准等效断面允许偏差数值表
(2)建立非突涌断面、过渡断面、突涌隐患断面三类单元断面
由于计算隧道突涌强度时，J值的取值范围限制在0≤J≤10-1，根据隧道等效断面突涌烈度计算公式，下表14所示是隧道等效断面突涌烈度数值区间及相应的非突涌断面、过渡断面、突涌隐患断面三类单元断面；
表14：突涌烈度区间数值表
①当隧道段的代表等效断面的突涌烈度-100％≤G＜0时，称为非突涌断面；
②当隧道段的代表等效断面的突涌烈度0≤G＜+64％时，称为突涌过渡断面；
③一般情况下，当隧道段的代表等效断面的突涌烈度+64％＜G≤+900％时，称为一般突涌隐患断面；当G＞+900％时，隧道等效断面某些分区邻近腔洞，为特殊突涌隐患断面；
步骤7：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；
(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8：估算深埋隧道等效断面突涌灾害烈度
将步骤7得到的数据进行运算，得到各分区的突涌源形态系数Ji值、分区突涌强度Qi值、隧道实际等效断面的突涌烈度G值，对应三个突涌单元数值区间，确定隧道实际等效断面的突涌属性；
(1)计算某隧道各分区突涌源系数
计算公式：J＝ε×P水/R围岩，ε为围岩组成颗粒修正系数，此时ε取值为1.0，将各分区的水压、围岩强度代入计算公式，得到各分区的突涌源形态系数，如下表15所示；
表15：实际等效断面各分区的突涌源形态系数表
(2)计算某隧道等效断面各分区的突涌强度
计算公式：Qi＝Ji×Νi×ξ，
其中，Ji为分区突涌源系数，取值范围在0≤J≤10-1，当Ji＞10-1时一律取值为10-1；
Νi为分区的赋值；
ξ为分区边界影响系数，在此时ξ取值为1.0；
将Ji、Νi、ξ代入公式分别计算各分区的突涌强度Qi，如下表16所示；
表16：实际等效断面各分区的突涌强度表
(3)计算某隧道等效断面的突涌强度
计算公式：Q总＝∑Qi＝∑(Ji×Νi×ξ)＝[(0.0007×10+0.005×12+0.006×14+0.03×12+0.04×10)+(0.006×8+0.015×55+0.02×66+0.1×55+0.04×8)+(0.03×6+0.05×44+0.1×44+0.1×6)+(0.1×14+0.1×33+0.007×44+0.0008×33+0.009×4)+(0.002×2+0.065×4+0.1×6+0.1×4+0.04×2)]+[(0.06×360+0.08×360+0.007×240+0.009×240)/4]＝(0.911+8.013+7.38+5.070+1.344)+13.56＝36.278；
(4)计算某隧道等效断面的突涌烈度
计算公式：G＝(Q总-Q基准)/Q基准＝(36.278-7.86)/7.86＝+362/100；
(5)判断该隧道等效断面的突涌隐患程度及突涌属性
相对于隧道基准等效断面，该隧道某等效断面的突涌隐患程度为+362％，处于突涌隐患单元断面+64％＜G≤+900％的范围，属于一般突涌隐患断面。

Claims (5)

1.一种估算深埋隧道等效断面突涌灾害烈度的方法，其特征在于：包括确定深埋隧道等效断面，对隧道等效断面进行分区并赋值，计算各分区和断面的突涌强度；确定基准等效断面并提出隧道等效断面的突涌烈度估算公式：G=（Q总-Q基准）/Q基准=（Q总-7.86）/7.86，其中，G为实际等效断面的突涌烈度，是表示相对于隧道基准等效断面，隧道实际等效断面突涌隐患的相对强弱程度，属于无纲量，Q总为隧道实际等效断面的突涌强度，Q基准为隧道基准等效断面的突涌强度，取值为7.86；依据断面突涌烈度建立非突涌断面、过渡断面、突涌隐患断面三类单元断面；通过勘察与试验获得隧道各分区的水压、围岩强度、围岩颗粒调整系数，使用水压与围岩强度数据计算出各分区的突涌源形态系数及突涌强度，再套用隧道等效断面突涌烈度公式计算突涌烈度G值，依据突涌烈度G值估算该断面的突涌隐患程度。
2.根据权利要求1所述的估算深埋隧道等效断面突涌灾害烈度的方法，其特征在于：具体估算步骤如下：
步骤1：确定深埋隧道等效断面，包括以下情形的区分
（1）确定深埋圆形隧道的等效断面
对于圆形隧道，当隧洞某掌子面的围岩被开挖时，其断面出现应力-应变调整，根据断面应力-应变调整关系，将调整半径范围为5r的圆形隧道断面确定为深埋圆形隧道的等效断面；
（2）确定深埋非圆形隧道的等效断面
对于非圆形隧道，则以隧道断面的中心为圆心，以开挖轮廓线距离圆心的最大距离为半径r，绘制得一个小圆形，再以该小圆的圆心为中心，以半径为5r绘制一个大圆，则该大圆确定为深埋非圆形隧道的等效断面；
步骤2：对隧道等效断面进行分区并赋值，包括以下情形的区分
（1）力学分区
将隧道等效断面分为三个力学区：塑性大变形区A、塑性小变形区B、弹塑性区C；
（2）几何分区
将等效断面划分为25个分区，每个分区的大小为2r×2r的正方形，25个几何分区组合得到了一个10r×10r的大正方形，在该大正方形的内部绘制一个以半径为5r并内切于该大正方形的大圆，所以大正方形也称为隧道等效断面；
（3）对各分区进行赋值
根据隧道位移变形测量数据统计，确定C区的变形速率小于0.1ｍｍ/ｄ；B区的变形速率为0.1～1.0ｍｍ/ｄ；A区的变形速率大于1.0ｍｍ/ｄ，当隧道围岩变形严重时，A区的变形速率大于5.0ｍｍ/ｄ，再根据变形速率的量级对各分区进行赋值，建立隧道等效断面的各分区赋值表；
（4）调整各分区的赋值
调整分区的赋值分为两种，第一种是按上部、下部的重要性调整隧道所在列的分区的赋值，第二种是按与隧道距离的大小调整其它列的分区的赋值；
（5）内核细分区与赋值
内核可以再细分区，根据上下的重要性赋值；
步骤3：建立各分区、等效断面的突涌强度计算公式；
（1）建立分区的突涌强度计算公式
Qi= Ji×Νi×ξ
其中：Qi表示分区突涌源形态的显著程度，无量纲；
Ji为分区对应的突涌源形态系数，Ji值的取值范围为0≤Ji≤10-1，当Ji＞10-1时，Ji值一律取值为1×10-1；
Νi为对应的分区赋值；
ξ为等效断面各分区的边界影响系数，按如下情况对应取值：
①当分区的边界为充水充泥腔洞，分区位于拱顶上部时ξ取1.2，分区位于与隧道同一高程处时ξ取1.10，分区位于隧道之下时ξ取1.05；
②当分区的边界为充水腔洞，分区位于拱顶上部时ξ取1.10，分区位于与隧道同一高程处时ξ取1.05，分区位于隧道之下时ξ取1.03；
③当分区的边界为干腔洞，分区位于拱顶上部时ξ取1.05，分区位于与隧道同一高程处时ξ取1.03，分区位于隧道之下时ξ取1.0；
④当分区的边界为非腔洞时，ξ取1.0；
（2）建立等效断面突涌强度公式
将隧道等效断面内全部25个分区的突涌强度相加，得到隧道等效断面的总突涌强度，
Q总=∑Qi=∑（Ji×Νi×ξ），
其中：Q总为隧道实际等效断面的突涌强度，表示隧道等效断面突涌源形态的显著程度，无量纲；
Ji为分区对应的突涌源形态系数；
Νi为对应的分区赋值；
ξ为等效断面各分区的边界影响系数；
步骤4：确定隧道基准等效断面
当隧道等效断面内25个分区的突涌源形态系数J值均为10-2时，则该隧道等效断面为隧道基准等效断面，隧道基准等效断面的总突涌强度为7.86；
步骤5：建立隧道等效断面的突涌烈度计算公式
G=（Q总-Q基准）/Q基准=（Q总-7.86）/7.86，
其中：G为实际等效断面的突涌烈度，是表示相对于隧道基准等效断面，隧道实际等效断面突涌隐患的相对强弱程度，属于无纲量；
Q总为隧道实际等效断面的突涌强度，表示隧道等效断面突涌源形态的显著程度，无量纲；
Q基准为隧道基准等效断面的突涌强度，取值为7.86；
步骤6：建立非突涌断面、过渡断面、突涌隐患断面三类单元断面；
（1）确定隧道基准等效断面允许偏差G基偏；
（2）建立非突涌断面、过渡断面、突涌隐患断面三类单元断面
其中各单元断面的突涌烈度G值分别为：
非突涌断面：-100%≤ G＜0；
过渡断面：0≤G≤+64%；
一般突涌隐患断面：+64%＜G≤+900%；
特殊突涌隐患断面：G＞+900%；
步骤7：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，通过抗压试验、触探试验、承载力试验或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或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8：估算深埋隧道等效断面突涌灾害烈度；
将步骤7得到的数据进行运算，得到各分区的突涌源形态系数Ji值、分区突涌强度Qi值、隧道实际等效断面的突涌烈度G值，对应三个突涌单元断面的数值区间，确定隧道实际等效断面的突涌属性。
3.根据权利要求2所述的估算深埋隧道等效断面突涌灾害烈度的方法，其特征在于：所述步骤2中对各分区进行赋值时，A区的最小变形速率是C区最大变形速率的10+1倍，若C区变形速率的量级基准确定为10，即10+1，则A区的变形速率的量级就为10+2；A区的变形速率有2个等级，则其变形速率量级中值数就为（100+500）/2=300；B区居于A区最小变形速率与C区最大变形速率之间，则B区的变形速率量级的中值数就为（10+100）/2=55。
4.根据权利要求2所述的估算深埋隧道等效断面突涌灾害烈度的方法，其特征在于：所述步骤2中在调整各分区的赋值时，按上部、下部的重要性调整隧道所在列的分区的赋值的时候，以隧道的位置为基准，重要性系数取为1.0，每上升一个分区系数提高0.2，每下降一个分区系数降低0.2。
5.根据权利要求2所述的估算深埋隧道等效断面突涌灾害烈度的方法，其特征在于：所述步骤2中在调整各分区的赋值时，按与隧道距离的大小调整其它列的分区的赋值时，以隧道位置的那列为基准，远离一个分区，下降系数0.2，最终，隧道等效断面共分三个圈层，第一层内核重要程度值为300，第二层为374，第三层为112，其中，第一层占38～40%，第二层占45～48%，第三层占14～15%。
CN201810237591.2A 2018-03-22 2018-03-22 一种估算深埋隧道等效断面突涌灾害烈度的方法 Active CN108536927B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810237591.2A CN108536927B (zh) 2018-03-22 2018-03-22 一种估算深埋隧道等效断面突涌灾害烈度的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810237591.2A CN108536927B (zh) 2018-03-22 2018-03-22 一种估算深埋隧道等效断面突涌灾害烈度的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108536927A CN108536927A (zh) 2018-09-14
CN108536927B true CN108536927B (zh) 2019-01-29

Family

ID=63485078

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810237591.2A Active CN108536927B (zh) 2018-03-22 2018-03-22 一种估算深埋隧道等效断面突涌灾害烈度的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108536927B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109766628B (zh) * 2019-01-08 2020-03-24 广西信达高速公路有限公司 一种大埋深隧道突涌隐患程度三层次循环递进量化方法
CN112465191B (zh) * 2020-11-11 2022-12-09 中国铁路设计集团有限公司 隧道突涌水灾害预测方法、装置、电子设备及存储介质

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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
CN105464669B (zh) * 2015-10-31 2017-11-14 中铁二十局集团有限公司 富水软弱围岩长大隧道施工方法
CN107013228B (zh) * 2017-05-07 2019-03-05 中铁十八局集团有限公司 一种大断面隧道涌水突泥后拱顶空腔围岩再造方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN108536927A (zh) 2018-09-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108376188B (zh) 黄土湿陷性的评价计算方法
CN108090291B (zh) 一种预测承压水悬挂式帷幕基坑涌水量的计算方法
CN111502677B (zh) 一种地下工程深浅组合地质勘察布置方法
CN106437692B (zh) 基于钻杆内管水位的深岩溶渗漏通道探测结构及方法
CN108536927B (zh) 一种估算深埋隧道等效断面突涌灾害烈度的方法
CN106436674B (zh) 一种采用标准贯入试验判别砂砾石层液化的方法
CN106408211B (zh) 一种判别深埋饱和砂土地震液化的方法
CN103075150A (zh) 一种原孔位多次应力解除法的地应力测试方法
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
CN101591921A (zh) 混凝土灌柱桩钢筋笼长度磁场强度检测方法
CN102425430B (zh) 软土地层盾构隧道结构抵抗纵向变形的保护控制方法
CN107798195B (zh) 一种基于损伤扩容理论的围岩位移预警方法
CN110145301A (zh) 一种随钻密度成像测井仪环境校正方法
CN111335928B (zh) 一种深埋地下洞库的水平地质勘察布置方法
CN114969884A (zh) 一种盾构隧道开挖过程及地表变形三维有限差分数值模拟方法
CN117188425A (zh) 一种确定强夯有效加固深度和范围的方法
Guo et al. Distribution of ground stress on Puhe coal mine
CN105604102A (zh) 一种混凝土灌注桩桩身、钻芯孔的垂直度的现场测量方法
CN104060624A (zh) 复杂软土地基中桩基的设置方法
CN103698494B (zh) 一种确定岩性圈闭含油气饱和度的方法及装置
CN108520113B (zh) 一种估算隧道帷幕注浆加固半径的方法
CN108399311B (zh) 一种估算突涌隐患隧道临界顶板厚度的方法
CN209894167U (zh) 一种隧道顶板围岩位移测量装置
CN116381803A (zh) 隧道施工综合物探方法
CN105547539A (zh) 基于经纬应变线的地应力方向测量系统及方法

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