CN112464336B - 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 PDFInfo
- Publication number
- CN112464336B CN112464336B CN202011293029.5A CN202011293029A CN112464336B CN 112464336 B CN112464336 B CN 112464336B CN 202011293029 A CN202011293029 A CN 202011293029A CN 112464336 B CN112464336 B CN 112464336B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- water
- inrush
- mud
- tunnel
- bursting
- 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
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 15
- 239000002689 soil Substances 0.000 claims abstract description 67
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 34
- 239000003673 groundwater Substances 0.000 claims abstract description 32
- 239000011440 grout Substances 0.000 claims abstract description 32
- 230000005484 gravity Effects 0.000 claims abstract description 28
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims abstract description 5
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims description 16
- 238000005553 drilling Methods 0.000 claims description 13
- 238000010276 construction Methods 0.000 claims description 12
- 238000005422 blasting Methods 0.000 claims description 5
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 claims description 4
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 claims description 4
- 238000009933 burial Methods 0.000 claims 1
- 230000009172 bursting Effects 0.000 claims 1
- 239000004570 mortar (masonry) Substances 0.000 claims 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 238000010008 shearing Methods 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000004836 empirical method Methods 0.000 description 1
- 230000009545 invasion Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- VCMMXZQDRFWYSE-UHFFFAOYSA-N plumbagin Chemical compound C1=CC=C2C(=O)C(C)=CC(=O)C2=C1O VCMMXZQDRFWYSE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 1
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
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21F—SAFETY DEVICES, TRANSPORT, FILLING-UP, RESCUE, VENTILATION, OR DRAINING IN OR OF MINES OR TUNNELS
- E21F17/00—Methods or devices for use in mines or tunnels, not covered elsewhere
- E21F17/103—Dams, e.g. for ventilation
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F2119/00—Details relating to the type or aim of the analysis or the optimisation
- G06F2119/14—Force analysis or force optimisation, e.g. static or dynamic forces
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Geometry (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Evolutionary Computation (AREA)
- Civil Engineering (AREA)
- Mathematical Analysis (AREA)
- Mathematical Optimization (AREA)
- Pure & Applied Mathematics (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Computational Mathematics (AREA)
- Architecture (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Geology (AREA)
- Excavating Of Shafts Or Tunnels (AREA)
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
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土体天然重度γ1和地下水位以下的土体饱和重度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vx1和σx2：
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；
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：
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土体天然重度γ1和地下水位以下的土体饱和重度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。
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。
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。
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 (1)
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土体天然重度γ1和地下水位以下的土体饱和重度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：
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；
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：
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；
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；
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，得到地下水位以上的土体天然重度γ1和地下水位以下的土体饱和重度γsat。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011293029.5A CN112464336B (zh) | 2020-11-18 | 2020-11-18 | 一种隧道突水突泥止浆墙厚度预测方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011293029.5A CN112464336B (zh) | 2020-11-18 | 2020-11-18 | 一种隧道突水突泥止浆墙厚度预测方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112464336A CN112464336A (zh) | 2021-03-09 |
| CN112464336B true CN112464336B (zh) | 2022-06-07 |
Family
ID=74837148
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202011293029.5A Active CN112464336B (zh) | 2020-11-18 | 2020-11-18 | 一种隧道突水突泥止浆墙厚度预测方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112464336B (zh) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006045928A (ja) * | 2004-08-05 | 2006-02-16 | Fujita Corp | 土圧壁 |
| CN101638987A (zh) * | 2009-07-24 | 2010-02-03 | 中铁二十一局集团有限公司 | 用帷幕注浆加止浆墙穿越高压富水断裂带的隧道施工方法 |
| CN101798930A (zh) * | 2010-03-24 | 2010-08-11 | 中铁十二局集团有限公司 | 一种隧道高压富水断层带的快速施工方法 |
| CN103926383A (zh) * | 2014-04-30 | 2014-07-16 | 山东大学 | 隧道突水突泥与注浆处治三维模型试验系统及其试验方法 |
| CN108457674A (zh) * | 2018-03-14 | 2018-08-28 | 山东交通学院 | 一种断层破碎带岩体灾后注浆止浆墙及其施作方法 |
-
2020
- 2020-11-18 CN CN202011293029.5A patent/CN112464336B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006045928A (ja) * | 2004-08-05 | 2006-02-16 | Fujita Corp | 土圧壁 |
| CN101638987A (zh) * | 2009-07-24 | 2010-02-03 | 中铁二十一局集团有限公司 | 用帷幕注浆加止浆墙穿越高压富水断裂带的隧道施工方法 |
| CN101798930A (zh) * | 2010-03-24 | 2010-08-11 | 中铁十二局集团有限公司 | 一种隧道高压富水断层带的快速施工方法 |
| CN103926383A (zh) * | 2014-04-30 | 2014-07-16 | 山东大学 | 隧道突水突泥与注浆处治三维模型试验系统及其试验方法 |
| CN108457674A (zh) * | 2018-03-14 | 2018-08-28 | 山东交通学院 | 一种断层破碎带岩体灾后注浆止浆墙及其施作方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 隧道突泥突水专项处理技术;陈彬;《中华建设》;20180228;第25卷(第2期);122-123 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN112464336A (zh) | 2021-03-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Gay | In-situ stress measurements in Southern Africa | |
| US9879401B2 (en) | Oil and gas well and field integrity protection system | |
| WO2020253887A1 (zh) | 一种人工挖孔井微型灌注桩支护安全性判定方法 | |
| CN104408277A (zh) | 矿区新建建筑物引起的地表残余移动变形预测及防治方法 | |
| CN112131628B (zh) | 一种隧道穿越富水断层防突水最小安全厚度计算方法 | |
| CN107724400A (zh) | 山区临近水库浅埋隧道基坑围护结构的设计施工方法 | |
| Jeng et al. | Characteristics of ground motion and threshold values for colluvium slope displacement induced by heavy rainfall: a case study in northern Taiwan | |
| CN112464336B (zh) | 一种隧道突水突泥止浆墙厚度预测方法 | |
| CN104573319A (zh) | 基于槽壁整体稳定性的富水砂卵地层地下连续墙成槽施工泥浆参数设计方法 | |
| CN104141294B (zh) | 基坑支护止水体系缺陷引发土体渗透破坏的判断方法 | |
| CN110080317B (zh) | 承压水地层基坑底部土层桩基加固桩距与桩长预测方法 | |
| CN109583047A (zh) | 一种隧道突水突泥地表塌陷形成时间的预测方法 | |
| CN107476289B (zh) | 一种花岗岩地区抗拔桩的施工方法 | |
| Huang et al. | Study on deformation monitoring of subway station deep foundation construction | |
| CN110287563B (zh) | 基坑深层水平封底止水帷幕设计参数的确定方法 | |
| Penman et al. | FOUNDATIONS FOR STORAGE TANKS ON RECLAIMED LAND AT TEESMOUTH.(INCLUDES APPENDICES). | |
| Sullivan | Hydromechanical coupling concepts for mine slopes | |
| Sridharan et al. | Remedial measures to a building settlement problem | |
| Elmanan et al. | Analytical and numerical analysis for tunnel heading stability | |
| Mitchell et al. | Difficulties in assessing liquefaction potential from conventional field testing | |
| van der Merwe et al. | Stability of the temporary excavation between Soldier Piles in Unsaturated Residual Granites in Sandton CBD | |
| Momenzadeh et al. | Seismic retrofit of 92/280 I/C foundations by micropile groups in San Francisco Bay area, California | |
| SARAC et al. | Stability of excavations in karst for deep underground stations of Lines 1 and 2 of Riyadh Metro Project | |
| Ho et al. | Underpinning using micropiles for fragile building adjacent to deep excavation in Manhattan, New York | |
| Wang et al. | Strategy and analysis of the deformation of subway tunnel caused by pre-dewatering under water-rich sand |
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 |