CN112464336A - 一种隧道突水突泥止浆墙厚度预测方法 - Google Patents

一种隧道突水突泥止浆墙厚度预测方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种隧道突水突泥止浆墙厚度预测方法，包括：确定隧道的宽度B、高度H、埋深D；测量出突水突泥体沿隧道纵向上的长度L1；确定出地面塌坑的深度d1和底面高程h1、地面塌坑底部至地下水位的距离d2、突水突泥土体扰动后地下水位以上的天然重度γ和地下水位以下的饱和重度γsat、地下水位以下土体的有效重度γ'、突水突泥土体的不排水抗剪强度cu、止浆墙靠近掌子面一侧的边缘至拱顶突水突泥口远离掌子面一侧边缘的距离L2、竖向突水突泥体的自重G、竖向突水突泥体与周边侧壁的摩阻力R、拱顶标高处和隧道底部标高处竖向突水突泥体产生的水平土压力、竖向突水突泥体产生的水平土压力合力Ea、水平向突水突泥体具有的摩阻力F、作用在止浆墙上的水平土压力合力E、止浆墙的厚度L3。

Description

一种隧道突水突泥止浆墙厚度预测方法
技术领域
本发明涉及隧道建设工程，具体是一种用于预测突水突泥隧道止浆墙厚度的方法。
背景技术
当隧道施工遇到断层破碎带、侵入接触带等不良地质时，可能会出现突水突泥。一旦遇到此类灾害，大量地下水和土体在短时间内涌出隧道，给施工人员和机械设备安全性造成严重威胁。地表因下方岩土体流失，容易出现塌陷，形成塌坑。此时，通常快速修建混凝土止浆墙，将隧道密封住，防止突水突泥灾害进一步发展。止浆墙厚度对于突水突泥灾害能否进一步发展至关重要，若厚度不够，则会在突水突泥的水土压力作用下出现移动，导致防护失效；若厚度过大，造成材料浪费。迄今为止，对于止浆墙的厚度，大都依靠经验法确定，缺乏相应的理论进行指导。
发明内容
本发明所要解决的主要技术问题是提供一种隧道突水突泥止浆墙厚度预测方法，能够预测出具体施工状况下和地质条件下止浆墙的厚度，具有流程简单、结果可靠的优点，避免止浆墙厚度设置不够或过大的问题。
为了解决上述的技术问题，本发明还提供了一种隧道突水突泥止浆墙厚度预测方法，包括如下步骤：
1)确定隧道的宽度B、高度H、埋深D；
2)确定隧道钻爆施工后，测量出突水突泥体沿隧道纵向上的长度L1；
3)确定出地面塌坑的深度d1和底面高程h1；
4)确定出地面塌坑底部至地下水位的距离d2；
5)确定出突水突泥土体扰动后地下水位以上的天然重度γ和地下水位以下的饱和重度γsat；
6)确定地下水位以下土体的有效重度γ′；
γ′＝γsat-γw
γw为地下水的重度，取9.8kN/m3；
7)确定突水突泥土体的不排水抗剪强度cu；
8)确定出止浆墙靠近掌子面一侧的边缘至拱顶突水突泥口远离掌子面一侧边缘的距离L2；
9)确定出竖向突水突泥体的自重G：
G＝d2BL1γ1+(D-d1-d2)BL1γ′
10)确定出竖向突水突泥体与周边侧壁的摩阻力R：
R＝2(D-d1-d2)(B+L1)cu
11)确定出拱顶标高处和隧道底部标高处竖向突水突泥体产生的水平土压力，分别表示为σx1和σx2：
Figure RE-GDA0002907731190000021
σx2＝(σx1+γ′H)K0
式中，K0为水平土压力系数；
12)确定出竖向突水突泥体产生的水平土压力合力Ea；
Figure RE-GDA0002907731190000022
13)确定出水平向突水突泥体具有的摩阻力F；
F＝BHL2γ′f1
式中，f1为突水突泥体与隧道底部之间的摩擦系数，由两者之间进行大型直剪试验确定；
14)确定出作用在止浆墙上的水平土压力合力E：
E＝Ea-F
15)确定出止浆墙的厚度L3：
Figure RE-GDA0002907731190000031
γc为止浆墙混凝土的重度，取25kN/m3，f2为止浆墙与隧道底部之间的摩擦系数，由两者之间进行大型直剪试验确定。
在一较佳实施例中：步骤4的具体做法为：现场通过钻探，揭示出稳定后的地下水位h2，则d2＝h1-h2。
在一较佳实施例中：步骤5的具体做法为：利用钻探现场取地下水位以上和以下的突水突泥土体，运回实验室进行密度测试，分别测试出地下水位以上土体的密度ρ1和地下水位以下土体的密度ρ2，分别乘以重力加速度g，得到地下水位以上土体的重度γ1和地下水位以下土体的饱和重度γsat。
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止浆墙厚度预测方法，能够预测出具体施工状况下和地质条件下止浆墙的厚度，具有流程简单、结果可靠的优点，避免止浆墙厚度设置不够或过大的问题。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通，对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明提供了一种隧道突水突泥止浆墙厚度预测方法，包括如下步骤：
1)确定隧道的宽度B、高度H、埋深D
根据隧道的设计资料，确定出上述三个参数的数值。
2)确定隧道钻爆施工后，揭示出的突水突泥体沿隧道纵向上的长度L1。
根据隧道施工方案，在钻爆实施后，测量出突水突泥体沿隧道纵向上的长度L1。
3)确定出地面塌坑的深度d1和底面高程h1。
现场由全站仪等测量工具测量出塌坑的深度d1，由RTK测量出塌坑的底面高程h1。
4)确定出地面塌坑底部至地下水位的距离d2。
现场通过钻探，揭示出稳定后的地下水位h2，则d2＝h1-h2。
5)确定出突水突泥土体扰动后地下水位以上的天然重度γ和地下水位以下的饱和重度γsat。
利用钻探现场取地下水位以上和以下的突水突泥土体，运回实验室进行密度测试，分别测试出地下水位以上土体的密度ρ1和地下水位以下土体的密度ρ2，分别乘以重力加速度g，得到地下水位以上土体的重度γ1和地下水位以下土体的饱和重度γsat。
6)确定地下水位以下土体的有效重度γ′。
γ′＝γsat-γw
γw为地下水的重度，取9.8kN/m3。
7)确定突水突泥土体的不排水抗剪强度cu。
利用现场十字板剪切仪测试出突水突泥土体的不排水抗剪强度cu。
8)确定出止浆墙靠近掌子面一侧的边缘至拱顶突水突泥口远离掌子面一侧边缘的距离L2。
根据止浆墙的施工位置里程和突水突泥口的位置里程，确定出上述距离 L2。
9)确定出竖向突水突泥体的自重G。
G＝d2BL1γ1+(D-d1-d2)BL1γ′
10)确定出竖向突水突泥体与周边侧壁的摩阻力R。
R＝2(D-d1-d2)(B+L1)cu
11)确定出拱顶标高处和隧道底部标高处竖向突水突泥体产生的水平土压力，分别表示为σx1和σx2。
Figure RE-GDA0002907731190000051
σx2＝(σx1+γ′H)K0
式中，K0为水平土压力系数，取0.40。
12)确定出竖向突水突泥体产生的水平土压力合力Ea。
Figure RE-GDA0002907731190000052
13)确定出水平向突水突泥体具有的摩阻力F。
F＝BHL2γ′f1
式中，f1为突水突泥体与隧道底部之间的摩擦系数，由两者之间进行大型直剪试验确定，或根据经验取值，取0.30。
14)确定出作用在止浆墙上的水平土压力合力E。
E＝Ea-F
15)确定出止浆墙的厚度L3。
Figure RE-GDA0002907731190000061
γc为止浆墙混凝土的重度，取25kN/m3，f2为止浆墙与隧道底部之间的摩擦系数，由两者之间进行大型直剪试验确定，或根据经验取值，取0.35。
实施例
福建省某铁路隧道在修建过程中突发突水突泥，为了较好地治理突水突泥，需要合理地修建止浆墙，利用本发明的方法对止浆墙的厚度进行预测。根据隧道的设计资料，隧道的宽度B为7.0m，高度H为8.0m，埋深D为130m；根据隧道钻爆施工后，揭示出的突水突泥体沿隧道纵向上的长度L1为3.2m；现场由全站仪测量出塌坑的深度d1为4.7m，由RTK测量出塌坑的底面高程h1为 423.5m；现场通过钻探，揭示出稳定后的地下水位h2为401.6m，则地面塌坑底部至地下水位的距离d2为21.9m；利用钻探现场取地下水位以上和以下的突水突泥土体，运回实验室进行密度测试，分别测试出地下水位以上土体的密度ρ1为1.67g/cm3，地下水位以下土体的密度ρ2为1.75g/cm3，分别乘以重力加速度 g，得到地下水位以上土体的重度γ1为16.4kN/m3，地下水位以下土体的饱和重度γsat为17.2kN/m3；进一步确定地下水位以下土体的有效重度γ′为7.4kN/m3；利用现场十字板剪切仪测试出突水突泥土体的不排水抗剪强度cu为10.2kPa；根据止浆墙的施工位置里程和突水突泥口的位置里程，确定出止浆墙靠近掌子面一侧的边缘至拱顶突水突泥口远离掌子面一侧边缘的距离L2为16.4m；确定出竖向突水突泥体的自重G为25185kN；确定出竖向突水突泥体与周边侧壁的摩阻力R为21515kN；确定出拱顶标高处竖向突水突泥体产生的水平土压力σx1为65.5kPa，确定出隧道底部标高处竖向突水突泥体产生的水平土压力σx2为 89.2kPa；确定出竖向突水突泥体产生的水平土压力合力Ea为4332.3kN；根据经验取值，突水突泥体与隧道底部之间的摩擦系数f1取0.30，确定出水平向突水突泥体具有的摩阻力F为2038.8kN；确定出作用在止浆墙上的水平土压力合力E为2293.5kN；根据经验取值，止浆墙与隧道底部之间的摩擦系数f2取0.35，进一步确定出止浆墙的厚度L3为4.68m。
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 (3)

1.一种隧道突水突泥止浆墙厚度预测方法，其特征在于包括如下步骤：
1)确定隧道的宽度B、高度H、埋深D；
2)确定隧道钻爆施工后，测量出突水突泥体沿隧道纵向上的长度L1；
3)确定出地面塌坑的深度d1和底面高程h1；
4)确定出地面塌坑底部至地下水位的距离d2；
5)确定出突水突泥土体扰动后地下水位以上的天然重度γ和地下水位以下的饱和重度γsat；
6)确定地下水位以下土体的有效重度γ'；
γ'＝γsat-γw
γw为地下水的重度，取9.8kN/m3；
7)确定突水突泥土体的不排水抗剪强度cu；
8)确定出止浆墙靠近掌子面一侧的边缘至拱顶突水突泥口远离掌子面一侧边缘的距离L2；
9)确定出竖向突水突泥体的自重G：
G＝d2BL1γ1+(D-d1-d2)BL1γ'
10)确定出竖向突水突泥体与周边侧壁的摩阻力R：
R＝2(D-d1-d2)(B+L1)cu
11)确定出拱顶标高处和隧道底部标高处竖向突水突泥体产生的水平土压力，分别表示为σx1和σx2：
Figure FDA0002784516180000011
σx2＝(σx1+γ'H)K0
式中，K0为水平土压力系数；
12)确定出竖向突水突泥体产生的水平土压力合力Ea；
Figure FDA0002784516180000021
13)确定出水平向突水突泥体具有的摩阻力F；
F＝BHL2γ'f1
式中，f1为突水突泥体与隧道底部之间的摩擦系数，由两者之间进行大型直剪试验确定；
14)确定出作用在止浆墙上的水平土压力合力E：
E＝Ea-F
15)确定出止浆墙的厚度L3：
Figure FDA0002784516180000022
γc为止浆墙混凝土的重度，取25kN/m3，f2为止浆墙与隧道底部之间的摩擦系数，由两者之间进行大型直剪试验确定。
2.根据权利要求1所述的一种隧道突水突泥止浆墙厚度预测方法，其特征在于：步骤4的具体做法为：现场通过钻探，揭示出稳定后的地下水位h2，则d2＝h1-h2。
3.根据权利要求1所述的一种隧道突水突泥止浆墙厚度预测方法，其特征在于：步骤5的具体做法为：利用钻探现场取地下水位以上和以下的突水突泥土体，运回实验室进行密度测试，分别测试出地下水位以上土体的密度ρ1和地下水位以下土体的密度ρ2，分别乘以重力加速度g，得到地下水位以上土体的重度γ1和地下水位以下土体的饱和重度γsat。
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