CN108918823B - 隧道突水突泥洞内涌泥淤积长度的预测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种隧道突水突泥洞内涌泥淤积长度的预测方法，包括计算出土体的天然重度γ和水下饱和重度γ_sat、测量及计算地下水位埋深z₁和地下水位至隧道拱顶的距离z₂、量测出突水突泥溃口形状和尺寸得到其横截面积A、测得不排水抗剪强度c_u等七个步骤；应用本技术方案使用简便、流程性强且结果可靠，能够有效防范突水突泥灾害。

Description

隧道突水突泥洞内涌泥淤积长度的预测方法

技术领域

本发明涉及一种的领域，具体是指一种隧道突水突泥洞内涌泥淤积长度的 预测方法。

背景技术

随着交通基础设施建设的发展及需要，人们对地下空间的开发和利用也越 来越重视，隧道建设便是其中的重要组成部分，它拥有克服地形高程的影响， 改善路线，缩短里程，提高车速，节省时间，减少用地，疏导交通等优点，从 而得到迅猛的发展。然而隧道工程往往穿越各种类型的地质条件，当遇到溶洞、 暗河、断层破碎带等特殊构造或复杂不良地质体时，处于不利应力场、渗流场、 温度场环境中，极易产生涌水、突泥、塌方、岩爆等地质灾害。其中，涌水甚 至突泥就是隧道工程中最具危害性的灾害之一。

隧道突水突泥往往造成严重后果，导致人员伤亡、机械设备淹没、地表塌 陷等，如圆梁山隧道最高水压为4.6MPa，最大涌水量达7.2×104m³/h，圆梁山 隧道灾害共造成9人死亡的严重后果；象山隧道最大水压为3MPa，虽无人员伤 亡，但是突水突泥造成的地表沉陷给隧址区附近居住的正常生活造成了极大的 不便。突泥相对突水来说，其密度更大，破坏性更高，对于某一潜在突水突泥 的隧道，能够预测出突泥发生时，其淤积的长度，对于突泥灾害的防治具有重 要意义。迄今为止，尚未见到有关突泥淤积长度的预测方法。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种隧道突水突泥洞 内涌泥淤积长度的预测方法，使用简便、流程性强且结果可靠，能够有效防范 突水突泥灾害。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种隧道突水突泥洞内涌泥淤积长 度的预测方法，包括以下步骤：

步骤一，通过钻探钻孔取样，分别在破碎带内地下水位以上和地下水位以 下取典型原状土，并测试所述典型原状土的密度ρ、含水量ω和比重d_s，然后 计算出土体的天然重度γ和水下饱和重度γ_sat；

其中，γ＝ρg，

g为重力加速度；

步骤二，通过钻探钻孔，测量出破碎带内地下水位至地面的高度，即地下 水位埋深z₁；然后根据地下水位高程h₁和隧道拱顶高程h₂，计算出地下水位至 隧道拱顶的距离z₂；其中，z₂＝h₁-h₂；

步骤三，量测出突水突泥溃口形状和尺寸，得到其横截面积A，然后计算 出突水突泥溃口的等效直径

步骤四，利用十字板剪切仪，将十字板头插入到破碎带土体内，测量出其 不排水抗剪强度c_u；或利用钻机在破碎带内取典型原状土，运回实验室进行三 轴不排水抗剪强度剪切实验，测得其不排水抗剪强度c_u；

步骤五，根据下式计算突水突泥溃口处的突泥压力U，

步骤六，在实验室里制作涌泥与洞壁模型，进行大型直接剪切试验，设定 法向应力为零，分别测量出剪切破坏时的推力T和剪切破坏面积B，进一步确 定出侧摩阻力τ，τ＝T/B；

步骤七，确定出涌泥淤积长度L，L＝U/τ。

相较于现有技术，本发明的技术方案具备以下有益效果：

本发明提供了一种隧道突水突泥洞内涌泥淤积长度的预测方法，能够便捷 有效地预测突泥淤积长度，在突泥发生时，其淤积的长度对于突泥灾害的防治 具有重要意义，本方法使用简便，流程性强，结果可靠。

具体实施方式

下文结合具体实施方式对本发明做进一步说明。

一种隧道突水突泥洞内涌泥淤积长度的预测方法，其特征在于包括以下步 骤：

步骤一，通过钻探钻孔取样，分别在破碎带内地下水位以上和地下水位以 下取典型原状土，并测试所述典型原状土的密度ρ、含水量ω和比重d_s，然后 计算出土体的天然重度γ和水下饱和重度γ_sat；

其中，γ＝ρg，

g为重力加速度；

步骤二，通过钻探钻孔，测量出破碎带内地下水位至地面的高度，即地下 水位埋深z₁；然后根据地下水位高程h₁和隧道拱顶高程h₂，计算出地下水位至 隧道拱顶的距离z₂；其中，z₂＝h₁-h₂；

步骤三，量测出突水突泥溃口形状和尺寸，可以在Auto-CAD软件里绘制 出其边界形状，利用软件自带的面积测量功能，得到其横截面积A，然后计算 出突水突泥溃口的等效直径

步骤四，利用十字板剪切仪，将十字板头插入到破碎带土体内，测量出其 不排水抗剪强度c_u；或利用钻机在破碎带内取典型原状土，运回实验室进行三 轴不排水抗剪强度剪切实验，测得其不排水抗剪强度c_u；

步骤五，根据下式计算突水突泥溃口处的突泥压力U，

步骤六，确定出涌泥与隧道洞壁之间的侧摩阻力τ；

在实验室里制作涌泥与洞壁模型，进行大型直接剪切试验，设定法向应力 为零，分别测量出剪切破坏时的推力T和剪切破坏面积B，进一步确定出侧摩 阻力τ，τ＝T/B；

步骤七，确定出涌泥淤积长度L，L＝U/τ。

以下介绍利用上述方法具体如何预测突泥淤积长度：

某隧道开挖施工期间，隧道进口掌子面(DK93+715)在DK93+703处施工 完成止浆墙后进行超前钻探，钻至25m时出现突水，持续到7d后出现突泥， 该次突泥总量约5000m³，突水时峰值涌水量约3000m³/h，4小时后稳定为100 m³左右。洞内发生突水突泥后，地表出现直径约30m、深约20m的陷坑。突水 突泥处隧道埋深约177m，处于花岗岩与石英砂岩接触带，为全风化地层。

经过前期钻探取样室内土工试验结果，隧道破碎带内土体的天然重度γ为 18kN/m³，水下饱和重度γ_sat为20kN/m³；经测量，地下水位至地面的高度z₁为20m， 地下水位至隧道拱顶的距离z₂为157m，该隧道突水突泥溃口基本呈圆形，溃口 等效直径d为1.0m；取土测试，得到破碎带内土体为残积土，呈饱和状态，强 度较低，其不排水抗剪强度c_u为30.0kPa，涌泥涌出后，进入隧道内不断向前 涌出，涌泥与隧道洞壁之间的侧摩阻力τ为11kPa。

经计算，突水突泥溃口处的突泥压力U为2960kPa，涌泥淤积长度L为269m， 与现场实测265m比较接近，表明本发明提供的预测方法比较可靠。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局 限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，利用此 构思对本发明进行非实质性的改动，均属于侵犯本发明保护范围的行为。

Claims (1)

1.一种隧道突水突泥洞内涌泥淤积长度的预测方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一，通过钻探钻孔取样，分别在破碎带内地下水位以上和地下水位以下取典型原状土，并测试所述典型原状土的密度ρ、含水量ω和比重d_s，然后计算出地下水位以上土体的天然重度γ和地下水位以下土体的水下饱和重度γ_sat；

其中，γ＝ρg，

g为重力加速度；

步骤二，通过钻探钻孔，测量出破碎带内地下水位至地面的高度，即地下水位埋深z₁；然后根据地下水位高程h₁和隧道拱顶高程h₂，计算出地下水位至隧道拱顶的距离z₂；其中，z₂＝h₁-h₂；

步骤三，量测出突水突泥溃口形状和尺寸，得到其横截面积A，然后计算出突水突泥溃口的等效直径

步骤四，利用十字板剪切仪，将十字板头插入到破碎带土体内，测量出其不排水抗剪强度c_u；或利用钻机在破碎带内取典型原状土，运回实验室进行三轴不排水抗剪强度剪切实验，测得其不排水抗剪强度c_u；

步骤五，根据下式计算突水突泥溃口处的突泥压力U，

步骤六，在实验室里制作涌泥与洞壁模型，进行大型直接剪切试验，设定法向应力为零，分别测量出剪切破坏时的推力T和剪切破坏面积B，进一步确定出侧摩阻力τ，τ＝T/B；

步骤七，确定出涌泥淤积长度L，L＝U/τ。