CN109583047A - 一种隧道突水突泥地表塌陷形成时间的预测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种隧道突水突泥地表塌陷形成时间的预测方法，包括如下步骤：1)计算突水突泥溃口的埋深H；2)计算隧道破碎带横截面的等效直径D；3)计算破碎带内土体的计算破碎带内土体的天然重度γ、粘聚力c和内摩擦角4)计算破碎带内土体与周围围岩的不排水抗剪强度cu；5)计算单位高度的破碎带，因土体松动导致的下滑临界抗剪强度cu，cri，6)计算破碎带下滑时的临界比r，r＝cu，cri/cu；7)计算单位高度破碎带下滑时所需的时间t，t＝1.06r‑16.85；8)计算从突水突泥开始至地表塌陷形成的总时间T，T＝tH。本发明提供了一种隧道突水突泥地表塌陷形成时间的预测方法，具有使用简便、流程性强和结果可靠的优点。

Description

一种隧道突水突泥地表塌陷形成时间的预测方法
技术领域
本发明涉及基础建设领域，具体是指一种用于预测隧道突水突泥发生后地表塌陷形成时间的方法。
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。隧道突水突泥后，围岩上覆岩土体产生脱空，形成空洞，空洞上覆岩土体失去支撑，产生下滑，下滑面从空洞上部开始一直延伸到地表，在地表形成塌坑。塌坑形成后，对上部的工程结构物产生极大影响。明确从突水突泥开始至地表塌陷形成的时间，对于预防地表塌陷造成人员伤亡等具有重要意义，迄今为止，尚未见到有关地表塌陷形成时间的预测方法，有鉴于此，本发明提出一种用于预测隧道突水突泥发生后地表塌陷形成时间的方法，具有使用简便、流程性强和结果可靠的优点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种隧道突水突泥地表塌陷形成时间的预测方法，具有使用简便、流程性强和结果可靠的优点。
为实现上述目的，本发明提供了一种隧道突水突泥地表塌陷形成时间的预测方法，包括如下步骤：
1)计算突水突泥溃口的埋深H，T＝tH；
2)计算隧道破碎带横截面的等效直径D；
3)计算破碎带内土体的计算破碎带内土体的天然重度γ、粘聚力c和内摩擦角
4)计算破碎带内土体与周围围岩的不排水抗剪强度cu；
5)计算单位高度的破碎带，因土体松动导致的下滑临界抗剪强度cu,cri，
6)计算破碎带下滑时的临界比r，r＝cu,cri/cu；
7)计算单位高度破碎带下滑时所需的时间t，t＝1.06r-16.85；
8)计算从突水突泥开始至地表塌陷形成的总时间T。
在一较佳实施例中：步骤1中，根据隧道拱顶突水突泥溃口的标高和地表的标高，计算突水突泥溃口的埋深。
在一较佳实施例中：步骤2中，根据破碎带的地球物理勘探结果和钻探结果，确定出破碎带的横截面形状及其面积A，利用下式计算出等效直径，
在一较佳实施例中：步骤3中，在破碎带内取土，进行密度试验和直剪试验，以求得天然重度、粘聚力和内摩擦角。
在一较佳实施例中：步骤4中，利用大型直剪试验、旁压试验或经验取值中的一种方法，计算出不排水抗剪强度cu。
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地表塌陷形成时间的预测方法，具有使用简便、流程性强和结果可靠的优点。
具体实施方式
本实施例提供了一种隧道突水突泥地表塌陷形成时间的预测方法，包括如下步骤：
1)计算突水突泥溃口的埋深H；
2)计算隧道破碎带横截面的等效直径D；
3)计算破碎带内土体的计算破碎带内土体的天然重度γ、粘聚力c和内摩擦角
4)计算破碎带内土体与周围围岩的不排水抗剪强度cu；
5)计算单位高度的破碎带，因土体松动导致的下滑临界抗剪强度cu，cri，
6)计算破碎带下滑时的临界比r，r＝cu，cri/cu；
7)计算单位高度破碎带下滑时所需的时间t，t＝1.06r-16.85；
8)计算从突水突泥开始至地表塌陷形成的总时间T，T＝tH。
其中，步骤1中，根据隧道拱顶突水突泥溃口的标高和地表的标高，计算突水突泥溃口的埋深。
步骤2中，根据破碎带的地球物理勘探结果和钻探结果，确定出破碎带的横截面形状及其面积A，利用下式计算出等效直径，
步骤3中，在破碎带内取土，进行密度试验和直剪试验，以求得天然重度、粘聚力和内摩擦角。
步骤4中，利用大型直剪试验、旁压试验或经验取值中的一种方法，计算出不排水抗剪强度cu。
某隧道开挖施工期间，在隧道进口正洞下导坑开挖到3007m(DK251+850)。爆破后揭示一破碎带，有少量粘土流出。会商后准备施做混凝土挡墙，突然发生大规模突水突泥，最大涌水量700m3/h，瞬间突泥5000m3，淤积导坑260m。突水突泥造成多名作业人员遇难，工程损失惨重，影响施工近一年之久，突泥点埋深185m。该隧道经突水突泥后，地表形成了塌陷，导致地表房屋出现不同程度的开裂，倾斜。
采用本发明提出的塌陷形成时间的预测方法，预测该隧道突水突泥后地表塌陷形成的时间。首先根据岩土工程勘察报告提供的破碎带几何形态，得到该破碎带进行呈矩形，其长度和宽度分别为24.3m和17.4m，计算出水平剖面的等效直径D为30.5m。在该破碎带内取土，运回实验室测试其重度γ为18kN/m3，进行直剪试验，其粘聚力为20.2kPa，内摩擦角为33.7°。根据现场直剪试验，测试破碎带与周围围岩之间的不排水抗剪强度为45kPa。由本发明提出的方法，计算出因土体松动导致的下滑临界抗剪强度cu，cri为34.5kPa，进一步得到下滑时的临界比r为0.77，最后计算得到从突水突泥开始至地表塌陷形成的总时间为11.8d。
以上仅为本发明的优选实施例，但本发明的范围不限于此，本领域的技术人员可以容易地想到本发明所公开的变化或技术范围。替代方案旨在涵盖在本发明的范围内。因此，本发明的保护范围应由权利要求的范围确定。

Claims (5)

1.一种隧道突水突泥地表塌陷形成时间的预测方法，其特征在于包括如下步骤：
1)计算突水突泥溃口的埋深H；
2)计算隧道破碎带横截面的等效直径D；
3)计算破碎带内土体的计算破碎带内土体的天然重度γ、粘聚力c和内摩擦角
4)计算破碎带内土体与周围围岩的不排水抗剪强度cu；
5)计算单位高度的破碎带，因土体松动导致的下滑临界抗剪强度cu，cri，
6)计算破碎带下滑时的临界比r，r＝cu，cri/cu；
7)计算单位高度破碎带下滑时所需的时间t，t＝1.06r-16.85；
8)计算从突水突泥开始至地表塌陷形成的总时间T，T＝tH。
2.根据权利要求1所述的一种隧道突水突泥地表塌陷形成时间的预测方法，其特征在于：步骤1中，根据隧道拱顶突水突泥溃口的标高和地表的标高，计算突水突泥溃口的埋深。
3.根据权利要求1所述的一种隧道突水突泥地表塌陷形成时间的预测方法，其特征在于：步骤2中，根据破碎带的地球物理勘探结果和钻探结果，确定出破碎带的横截面形状及其面积A，利用下式计算出等效直径，
4.根据权利要求1所述的一种隧道突水突泥地表塌陷形成时间的预测方法，其特征在于：步骤3中，在破碎带内取土，进行密度试验和直剪试验，以求得天然重度、粘聚力和内摩擦角。
5.根据权利要求1所述的一种隧道突水突泥地表塌陷形成时间的预测方法，其特征在于：步骤4中，利用大型直剪试验、旁压试验或经验取值中的一种方法，计算出不排水抗剪强度cu。
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