CN111828090A - 一种隧道涌泥清淤反压回填厚度的确定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于隧道建设技术领域，具体涉及到一种隧道涌泥清淤反压回填厚度的确定方法。本发明通过确定隧道涌泥体的高度，端部坡面的坡度，反压回填的填石高度，涌泥的粘聚力、内摩擦角和重度，涌泥体的失稳角，反压回填填石的重度，填石与隧道底部的摩擦系数和反压回填体的安全系数，单位宽度内挖掘机重量和拟滑动涌泥体本身重量之和，单位宽度内挖掘机重量和拟滑动涌泥体本身重量对回填体造成的水平推力，最终确定了涌泥清淤反压回填厚度，具有流程性强、实施方便和结果可靠的优点。

Description

一种隧道涌泥清淤反压回填厚度的确定方法
技术领域
本发明属于隧道建设技术领域，具体涉及到一种隧道涌泥清淤反压回填厚度的确定方法。
背景技术
在断裂破碎带、侵入接触带和软弱夹层处开挖隧道时，若提前处理不当，容易诱发隧道突水突泥。突出的涌泥占据隧道较长距离，长达几十米至数百米不等。为了隧道的正常施工，必须对涌泥进行清淤，涌泥含水量往往较高，力学性质较差，直接对涌泥进行开挖，容易导致涌泥进一步流动，可能导致二次突水突泥灾害。因此，在清淤前对涌泥进行处理非常有必要性。在各种处理方法中，涌泥下半部反压回填、分台阶开挖是较好的方法。即在突泥前方采用开挖的洞渣进行反压回填，能够增加突泥的稳定性。设置合理的反压回填对涌泥稳定性至关重要。相反，若反压回填设置不合理，如厚度过小，则可能在后方涌泥推力作用下沿基底发生滑动。迄今为止，反压回填的设置厚度大都基于工程经验，缺乏相应的理论进行指导，因此，施工过程中往往带有一定的随意性。
发明内容
本发明为解决现有技术的不足，提供一种隧道涌泥清淤反压回填厚度的确定方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种隧道涌泥清淤反压回填厚度的确定方法，包括以下步骤：
步骤一：确定隧道涌泥体的高度H0和端部坡面的坡度β；
步骤二：确定出反压回填的填石高度H；
H＝H0/2 (1)；
步骤三：确定涌泥的粘聚力c、内摩擦角
Figure BDA0002607839390000011
和重度γ；
步骤四：确定涌泥体的失稳角
Figure BDA0002607839390000012
Figure BDA0002607839390000013
步骤五：确定反压回填填石的重度γ0、填石与隧道底部的摩擦系数μ和反压回填体的安全系数F；
步骤六：确定涌泥清淤开挖的挖掘机重量G0和宽度b，进一步确定单位宽度的挖掘机重量G1；
G1＝G0/b (3)；
步骤七：计算挖掘机在上台阶开挖清淤时，单位宽度内挖掘机重量和拟滑动涌泥体本身重量之和G；
Figure BDA0002607839390000021
步骤八：计算挖掘机在上台阶开挖清淤时，单位宽度内挖掘机重量和拟滑动涌泥体本身重量对回填体造成的水平推力T；
Figure BDA0002607839390000022
步骤九：确定反压回填体的厚度W；
Figure BDA0002607839390000023
作为优选方案：
所述步骤一中，采用水准仪测量出涌泥体的底面标高和顶面标高，顶面标高减去底面标高得到涌泥体的高度H0。
所述步骤一中，在涌泥体端部坡面上采用倾角仪测量端部坡面的坡度，在端部坡面上半部的中心、下半部的中心和整个端部坡面的中心各测量一次，取三次测量结果的平均值作为端部坡面的坡度β。
所述步骤三中，通过直接剪切试验，测得涌泥的粘聚力c和内摩擦角
Figure BDA0002607839390000024
所述步骤五中，通过大型直剪试验测得填石与隧道底部的摩擦系数μ。
所述步骤五中，反压回填体的安全系数F根据工程经验确定。
本发明的有益效果：提出一种用于确定隧道涌泥清淤反压回填厚度的方法，具有流程性强、实施方便和结果可靠的优点。
具体实施方式
以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均属于本发明的保护范围。
某隧道经过侵入接触带，现场在左侧拱角处进行超前钻探，钻孔至22m时，发生了大规模突水突泥，应急预案立即启动，撤出作业人员。突水初时水压较大，喷出距离达8m，突水时峰值突水量约3000m3/h，4小时后突水压力减小，突水由喷射变为自然流水状态，渐趋稳定，约100m3/h左右，随后大量突水转为间歇性突水。随后发生大规模突泥，突泥总量约5000m3，淤积隧道长度约265m，掌子面后方衬砌台车和台架被淹埋。为了对该处涌泥体进行安全清淤，在涌泥体前方设置反压回填体，并进行分台阶开挖清淤，以保障涌泥的稳定性。下面采用本发明提出的方法，确定涌泥体反压回填的厚度。
步骤一：确定隧道涌泥体的高度H0和端部坡面的坡度β
采用水准仪对涌泥体顶面标高和底面标高进行测量，将顶面标高减去底面标高得到隧道涌泥体的高度H0，进一步得到隧道涌泥体的高度H0为4.2m。
在涌泥体端部坡面上采用倾角仪测量端部坡面的坡度，该坡度在端部坡面上半部的中心、下半部的中心和整个坡面的中心各测量一次，分别测得角度为60.4°、64.6°和55.0°，取三次测量结果的平均值作为端部坡面的坡度β，得到端部坡面的坡度β为62.0°；
步骤二：确定反压回填的填石高度H
H＝H0/2 (1)
计算出反压回填的填石高度H为2.1m。
步骤三：确定涌泥的粘聚力c、内摩擦角
Figure BDA0002607839390000031
和重度γ
现场用环刀在涌泥体内取原状样，运回实验室里进行直接剪切试验，测得涌泥的粘聚力c为12kPa，内摩擦角
Figure BDA0002607839390000032
为4°。
对原状样进行质量和体积测量，用测量的原状样的质量除以体积，然后再乘以重力加速度得到涌泥的重度γ，从而计算得到涌泥的重度γ为15.0kN/m3。重度这里指单位体积的重量。
步骤四：确定涌泥体的失稳角
Figure BDA0002607839390000041
Figure BDA0002607839390000042
根据式(2)计算出涌泥体的失稳角
Figure BDA0002607839390000043
为47°。
步骤五：确定反压回填填石的重度γ0、填石与隧道底部的摩擦系数μ和反压回填体的安全系数F
取一定数量的填石放入一定体积的桶内，利用称重和测量体积法，将重量除以体积计算得到填石的重度γ0，计算得到填石的重度γ0为22.0kN/m3。
利用填石与隧道底部之间的大型直剪试验，测得填石与隧道底部之间的摩擦系数μ为0.4。
根据工程经验，取反压回填体的安全系数F，本实施例取F＝1.2。
步骤六：确定涌泥清淤开挖的挖掘机重量G0和宽度b，进一步确定单位宽度的挖掘机重量G1
G1＝G0/b (3)
挖掘机采用小型挖掘机，挖掘机质量为6.0吨，从而挖掘机重量G0为60kN，宽度为2.0m，由此计算出单位宽度的挖掘机重量G1为30kN/m。
步骤七：计算挖掘机在上台阶开挖清淤时，单位宽度的挖掘机重量G1和拟滑动涌泥体本身重量之和G
Figure BDA0002607839390000044
进一步根据式(4)计算得到单位宽度的挖掘机重量和拟滑动涌泥体本身重量之和G为43.3kN/m。
步骤八：计算挖掘机在上台阶开挖清淤时，单位宽度内挖掘机重量和拟滑动涌泥体本身重量对回填体造成的水平推力T
Figure BDA0002607839390000045
根据式(5)计算得到单位宽度的挖掘机重量和拟滑动涌泥体本身重量对回填体造成的水平推力T为43.7kN/m。
步骤九：确定反压回填体的厚度W。
Figure BDA0002607839390000051
根据式(6)计算得到反压回填体的厚度W为2.8m，即该涌泥反压回填填石的最小厚度为2.8m。
以上所述的实施例，只是本发明较优选的具体实施方式的一种，本领域的技术人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。

Claims (6)

1.一种隧道涌泥清淤反压回填厚度的确定方法，包括以下步骤：
步骤一：确定隧道涌泥体的高度H0和端部坡面的坡度β；
步骤二：确定出反压回填的填石高度H；
H＝H0/2 (1)；
步骤三：确定涌泥的粘聚力c、内摩擦角
Figure FDA0002607839380000011
和重度γ；
步骤四：确定涌泥体的失稳角
Figure FDA0002607839380000012
Figure FDA0002607839380000013
步骤五：确定反压回填填石的重度γ0、填石与隧道底部的摩擦系数μ和反压回填体的安全系数F；
步骤六：确定涌泥清淤开挖的挖掘机重量G0和宽度b，进一步确定单位宽度的挖掘机重量G1；
G1＝G0/b (3)；
步骤七：计算挖掘机在上台阶开挖清淤时，单位宽度内挖掘机重量和拟滑动涌泥体本身重量之和G；
Figure FDA0002607839380000014
步骤八：计算挖掘机在上台阶开挖清淤时，单位宽度内挖掘机重量和拟滑动涌泥体本身重量对回填体造成的水平推力T；
Figure FDA0002607839380000015
步骤九：确定反压回填体的厚度W；
Figure FDA0002607839380000016
2.根据权利要求1所述的隧道涌泥清淤反压回填厚度的确定方法，其特征在于：所述步骤一中，采用水准仪测量出涌泥体的底面标高和顶面标高，将顶面标高减去底面标高得到涌泥体的高度H0。
3.根据权利要求1所述的隧道涌泥清淤反压回填厚度的确定方法，其特征在于：所述步骤一中，在涌泥体端部坡面上采用倾角仪测量端部坡面的坡度，在端部坡面上半部的中心、下半部的中心和整个端部坡面的中心各测量一次，取三次测量结果的平均值作为端部坡面的坡度β。
4.根据权利要求1所述的隧道涌泥清淤反压回填厚度的确定方法，其特征在于：所述步骤三中，通过直接剪切试验，测得涌泥的粘聚力c和内摩擦角
Figure FDA0002607839380000021
5.根据权利要求1所述的隧道涌泥清淤反压回填厚度的确定方法，其特征在于：所述步骤五中，通过大型直剪试验测得填石与隧道底部的摩擦系数μ。
6.根据权利要求1所述的隧道涌泥清淤反压回填厚度的确定方法，其特征在于：所述步骤五中，反压回填体的安全系数F根据工程经验确定。
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