CN112610277A - 一种富水软弱围岩隧道地质灾害风险快速预测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种富水软弱围岩隧道地质灾害风险快速预测方法，如下：步骤一、结合在富水软弱围岩隧道施工过程中出现的地质灾害类型及其危害程度，确定出富水软弱围岩隧道的地质灾害类型及风险等级划分；步骤二、根据地质素描结论和监测数据确定隧道掌子面的地质灾害类型及风险等级；步骤三、以隧道掌子面的地质条件为基准，根据超前地质预报的结果，确定隧道超前地质预报探测段的地质条件优劣等级；步骤四、以隧道掌子面的地质条件与地质灾害风险等级为基准，基于乘积标度法，将隧道超前地质预报探测段的地质条件等级转化为其地质灾害风险等级。该方法简单快捷，能为富水软弱围岩隧道施工快速提供较为准确的决策依据。
Description
【技术领域】
本发明属于隧道工程安全评价技术领域，尤其是涉及一种富水软弱围岩隧道地质灾害风险快速预测方法。
【背景技术】
由于我国西部山区地质构造运动活跃，地质条件复杂，围岩软弱且多夹层，地下水发育，导致隧道施工过程中围岩大变形、涌突、坍塌等自然灾害频发，严重威胁现场施工人员的生命财产安全，严重影响现场施工作业的正常开展。
针对隧道施工过程中的围岩大变形、涌突、坍塌等自然灾害，超前地质预报技术在隧道施工领域得到应用推广，其探测作业已经成为隧道施工工序之一。但是，由于超前地质预报探测结果为定性结论，现场管理人员只能凭借自身的工作经验根据超前地质预报结果推断隧道掌子面前方的地质灾害情况，推断结论因人而异，误差较大。
【发明内容】
本发明的目的是提供一种富水软弱围岩隧道地质灾害风险快速预测方法，简单快捷，能为富水软弱围岩隧道施工快速提供较为准确的决策依据，有效降低大变形、涌突、坍塌等地质灾害带来的损失，保障富水软弱围岩隧道的正常施工。
本发明采用以下技术方案：.一种富水软弱围岩隧道地质灾害风险快速预测方法，该预测方法如下：
步骤一、结合在富水软弱围岩隧道施工过程中出现的地质灾害类型及其危害程度，确定出富水软弱围岩隧道的地质灾害类型及风险等级划分；
步骤二、根据地质素描结论和监测数据确定隧道掌子面的地质灾害类型及风险等级；
步骤三、以隧道掌子面的地质条件为基准，根据超前地质预报的结果，确定隧道超前地质预报探测段的地质条件优劣等级；
步骤四、以隧道掌子面的地质条件与地质灾害风险等级为基准，基于乘积标度法，将隧道超前地质预报探测段的地质条件等级转化为其地质灾害风险等级。
上述步骤二的具体过程如下：
步骤2.1收集隧道掌子面后方5m范围内近三天的拱顶沉降、周边收敛的监测数据均值，以及隧道掌子面的自稳性状态、地下水状态，确定隧道掌子面的拱顶沉降预测因子、周边收敛预测因子、自稳性状态预测因子、地下水状态预测因子的定性定量判定标准；
步骤2.2确定隧道掌子面的拱顶沉降、周边收敛、自稳性状态、地下水状态预测因子对应地质灾害风险等级的判定评分标准；
步骤2.3根据隧道掌子面的拱顶沉降、周边收敛、自稳性状态、地下水状态预测因子的定性定量判定评分标准，确定隧道掌子面的地质灾害风险等级值，再根据确定的地质灾害风险等级值判定标准，确定隧道掌子面的地质灾害类型及风险等级。
进一步地，在步骤2.2中，采用专家评分法与乘积标度法相结合确定隧道掌子面的拱顶沉降预测因子、周边收敛预测因子、自稳性状态预测因子、地下水状态预测因子对应地质灾害风险等级的判定评分标准。
进一步地，在步骤2.3中，隧道掌子面的地质灾害类型及风险等级如下表所示：
进一步地，在步骤三的具体过程如下：
步骤3.1根据超前地质预报技术的特点，收集超前钻探、TSP、瞬变电磁等隧道超前地质预报探测方法的探测结果；
步骤3.2根据超前钻探、TSP、瞬变电磁等隧道超前地质预报探测结果的特点，基于专家评分法和层次分析法确定地质条件优劣等级判定评分标准；
步骤3.3以隧道掌子面的地质条件为基准，将收集到的超前钻探、TSP、瞬变电磁等超前地质预报方法的探测结果对照地质条件优劣等级判定评分标准，得到隧道超前地质预报探测段的地质条件等级值，将其带入地质条件优劣等级值判定标准，便得到隧道超前地质预报探测段相对于隧道掌子面的地质条件优劣等级。
进一步地，在步骤3.2中，地质条件优劣等级判定评分标准如下表所示：
进一步地，在步骤3.3中，地质条件优劣等级值判定标准如下表所示：
本发明的有益效果是：1.将判定富水软弱围岩隧道地质灾害风险的工程经验转化为快速判定方法，简单快捷，能为富水软弱围岩隧道施工快速提供较为准确的决策依据，有效降低大变形、涌突、坍塌等地质灾害带来的损失，保障富水软弱围岩隧道的正常施工。2.选定的地质灾害类型涵盖了富水软弱围岩隧道的所有地质灾害类型，能对富水软弱围岩隧道的每一种地质灾害进行判定，更有利于指导现场施工。3.该方法将工程经验进行定量化，方法简单易行，有利于降低对施工人员的经验的依赖性。
【附图说明】
图1为本发明一种富水软弱围岩隧道地质灾害风险快速预测方法流程示意图。
【具体实施方式】
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
.步骤一、结合在富水软弱围岩隧道施工过程中出现的地质灾害类型及其危害程度，确定出富水软弱围岩隧道的地质灾害类型及风险等级划分。
上述富水软弱围岩隧道的地质灾害类型主要为大变形、涌突、坍塌三种，采用三分法确定各地质灾害类型的风险等级均分为低等、中等和高等三类。具体如下表所示：
| 地质灾害类型 | 地质灾害风险等级 |
| 大变形 | 大变形风险高等，大变形风险中等，大变形风险低等 |
| 涌突 | 涌突风险高等，涌突风险中等，涌突风险低等 |
| 坍塌 | 坍塌风险高等，坍塌风险中等，坍塌风险低等 |
步骤二、根据地质素描结论和监测数据确定隧道掌子面的地质灾害类型及风险等级。
步骤2.1收集隧道掌子面后方5m范围内近三天的拱顶沉降、周边收敛的监测数据均值，以及隧道掌子面的自稳性状态、地下水状态，确定隧道掌子面的拱顶沉降、周边收敛、自稳性状态、地下水状态预测因子的定性定量判定标准。
步骤2.2确定隧道掌子面的拱顶沉降预测因子、周边收敛预测因子、自稳性状态预测因子、地下水状态预测因子对应地质灾害风险等级的判定评分标准。
采用专家评分法与乘积标度法相结合确定隧道掌子面的拱顶沉降预测因子、周边收敛预测因子、自稳性状态预测因子、地下水状态预测因子对应地质灾害风险等级的判定评分标准，具体为：以评分法为基础，先确定判定评分标准中一个预测因子最低等级的评分值，然后用乘积标度法确定判定评分标准中该预测因子或其他预测因子对应各等级的评分值；得到隧道掌子面的拱顶沉降预测因子、周边收敛预测因子、自稳性状态预测因子、地下水状态预测因子对应地质灾害风险等级的判定评分标准。
监测数据中的拱顶沉降、周边收敛与大变形灾害等级的判定评分标准如下表所示：
隧道掌子面的自稳性状态预测因子、地下水状态预测因子与涌突、坍塌灾害等级的判定评分标准，如下表所示：
对于富水软弱围岩隧道，当涌突灾害发生时，涌突位置的地下水状态为股状水或线状水；当坍塌灾害发生时，其地下水状态为滴渗水或湿润状态。
步骤2.3根据隧道掌子面的拱顶沉降、周边收敛、自稳性状态、地下水状态预测因子的定性定量判定评分标准，确定隧道掌子面的地质灾害风险等级值，再根据确定的地质灾害风险等级值判定标准，确定隧道掌子面的地质灾害类型及风险等级。
具体如下表所示：
在本实施例中，针对大变形地质灾害，大变形地质灾害等级值P＝P1+P2，P值对照地质灾害风险等级值判定标准，便可确定隧道掌子面的大变形风险等级；针对涌突/坍塌地质灾害，涌突/坍塌地质灾害等级值Q＝Q1+Q2，Q值对照地质灾害风险等级判定值标准，便可确定隧道掌子面的涌突/坍塌风险等级。
步骤三、以隧道掌子面的地质条件为基准，根据超前地质预报的结果，确定隧道超前地质预报探测段的地质条件优劣等级。
步骤3.1根据超前地质预报技术的特点，收集超前钻探、TSP、瞬变电磁等隧道超前地质预报探测方法的探测结果。
以隧道掌子面的地质条件为基准，超前钻探方法最直观的结果是卡钻、正常钻进、突进等三种情况；TSP方法探测的结果是两个方面，一方面是裂隙不发育、裂隙较发育、裂隙发育等，另一方面是岩石强度稍硬、相同、稍软等；瞬变电磁探测结果为湿润/滴渗水、线状水、股状水等。
步骤3.2根据超前钻探、TSP、瞬变电磁等隧道超前地质预报探测结果的特点，基于专家评分法和层次分析法确定地质条件优劣等级判定评分标准。具体为：根据所述步骤一中的三分法，将将地质条件优劣等级分为三个等级；基于层次分析法，将将超前钻探、TSP、瞬变电磁等隧道超前地质预报探测结果分为三个层次，根据探测结果的重要性及其对应的等级，根据专家评分法确定其评分。
具体如下表所示：
步骤3.3以隧道掌子面的地质条件为基准，将收集到的超前钻探、TSP、瞬变电磁等超前地质预报方法的探测结果对照地质条件优劣等级判定评分标准，得到隧道超前地质预报探测段的地质条件等级值，将其带入地质条件优劣等级值判定标准，便得到隧道超前地质预报探测段的地质条件优劣等级。
以隧道掌子面的地质条件为基准，根据超前钻探、TSP、瞬变电磁等隧道超前地质预报探测结果的地质条件优劣等级判定标准及判定方法，确定地质条件优劣等级值判定标准，具体如下表所示：
在本实施例中，以隧道掌子面的地质条件为基准，超前地质预报探测段的地质条件优劣等级值L＝M1+M2+N1+N2，对照地质条件优劣等级值判定标准，确定隧道超前地质预报探测段地质条件相对于隧道掌子面地质条件的优劣等级。
步骤3.4以隧道掌子面的地质条件与地质灾害风险等级为基准，基于乘积标度法将隧道超前地质预报探测段的地质条件等级转化为其地质灾害风险等级，实现了根据隧道掌子面地质灾害风险等级预测隧道超前地质预报探测段的地质灾害风险等级。
基于乘积标度法原理，如果隧道超前地质预报探测段的地质条件Ω1比隧道掌子面的地质条件Ω0“稍好”，则有Ω1：Ω0＝1：1.354；地质条件“大致相同”，则有Ω1：Ω0＝1：1；地质条件“稍差”，则有Ω1：Ω0＝1.354：1；地质条件“相当差”，则有Ω1：Ω0＝1.354*1.354：1＝1.833:1。
在富水软弱围岩隧道施工过程中，相对于隧道掌子面，超前地质预报段的地质条件越好，发生地质灾害的风险越小；超前地质预报段的地质条件越差，发生地质灾害的风险越大，则可以认为：
当隧道掌子面地质灾害为大变形时，其地质灾害等级值为P，隧道超前地质预报探测段的大变形灾害风险等级值P'：P＝Ω1：Ω0，对照地质灾害风险等级值判定标准便可得到隧道超前地质预报探测段的大变形地质灾害等级。
当隧道掌子面地质灾害为涌突、坍塌时，其地质灾害等级值为Q，隧道超前地质预报探测段的涌突、坍塌灾害风险等级值Q'：Q＝Ω1：Ω0，对照地质灾害风险等级值判定标准便可得到隧道超前地质预报探测段的涌突、坍塌地质灾害等级。
判定隧道超前地质预报探测段的地质灾害为坍塌时，若此里程处的地下水状态为股状水或线状水，则隧道掌子面前方此里程处的地质灾害为涌突；判定隧道超前地质预报探测段的地质灾害为涌突时，若此里程处的地下水状态为湿润或滴渗水，则隧道掌子面前方此里程处的地质灾害为坍塌
步骤四、以隧道掌子面的地质条件与地质灾害风险等级为基准，基于乘积标度法将隧道超前地质预报探测段的地质条件等级转化为其地质灾害风险等级，实现了根据隧道掌子面地质灾害风险等级预测隧道超前地质预报探测段的地质灾害风险等级。
本实施例中，基于隧道超前地质预报综合研判工作经验，对隧道掌子面前方的地质灾害等级预测问题进行简化，参照隧道掌子面的地质条件与地质灾害等级，依据乘积标度法和超前地质预报结果进行预测，方法简单易懂，手段快捷有效，实现了根据综合超前地质预报结果对隧道掌子面前方地质灾害风险的快速快速预测，解决了依据地质素描方法、超前钻探技术、TSP方法、瞬变电磁探测技术等综合超前地质预报技术的定性探测结论对隧道掌子面前方地质灾害风险的预测问题。
本发明中，基于隧道超前地质预报综合研判工作经验，对隧道掌子面前方的地质灾害等级预测问题进行简化，先依据工程经验、标准确定富水软弱围岩隧道的地质灾害类型及风险等级、预测因子对应地质灾害风险等级的判定评分标准、地质灾害风险等级值判定标准，通过收集到的隧道掌子面5m范围内近3日的拱顶沉降、周边收敛的监测数据均值，以及隧道掌子面的自稳性状态、地下水状态等预测因子，确定隧道掌子面的地质灾害类型及风险等级，再以隧道掌子面的地质条件与地质灾害风险等级为基准，通过超前地质预报结果与相关地质条件优劣等级判定评分标准、地质条件优劣等级值判定标准，确定隧道超前地质预报探测段的地质灾害类型及风险等级，将专家评分法与乘积标度法或层次分析法原理进行融合，形成了一种新的富水软弱围岩隧道地质灾害风险快速预测方法，方法简单易懂，手段快捷有效，实现了根据综合超前地质预报结果对隧道掌子面前方地质灾害风险的快速快速预测，解决了依据地质素描方法、超前钻探技术、TSP方法、瞬变电磁探测技术等综合超前地质预报技术的定性探测结论对隧道掌子面前方地质灾害风险的预测问题，能为富水软弱围岩隧道施工快速提供较为准确的决策依据，有效降低大变形、涌突、坍塌等地质灾害带来的损失，保障富水软弱围岩隧道的正常施工。
Claims (7)
1.一种富水软弱围岩隧道地质灾害风险快速预测方法，其特征在于，该预测方法如下：
步骤一、结合在富水软弱围岩隧道施工过程中出现的地质灾害类型及其危害程度，确定出富水软弱围岩隧道的地质灾害类型及风险等级划分；
步骤二、根据地质素描结论和监测数据确定隧道掌子面的地质灾害类型及风险等级；
步骤三、以隧道掌子面的地质条件为基准，根据超前地质预报的结果，确定隧道超前地质预报探测段的地质条件优劣等级；
步骤四、以隧道掌子面的地质条件与地质灾害风险等级为基准，基于乘积标度法，将隧道超前地质预报探测段的地质条件等级转化为其地质灾害风险等级。
2.根据权利要求1所述的一种富水软弱围岩隧道地质灾害风险快速预测方法，其特征在于，所述步骤二的具体过程如下：
步骤2.1收集隧道掌子面后方5m范围内近三天的拱顶沉降、周边收敛的监测数据均值，以及隧道掌子面的自稳性状态、地下水状态，确定隧道掌子面的拱顶沉降预测因子、周边收敛预测因子、自稳性状态预测因子、地下水状态预测因子的定性定量判定标准；
步骤2.2确定隧道掌子面的拱顶沉降、周边收敛、自稳性状态、地下水状态预测因子对应地质灾害风险等级的判定评分标准；
步骤2.3根据隧道掌子面的拱顶沉降、周边收敛、自稳性状态、地下水状态预测因子的定性定量判定评分标准，确定隧道掌子面的地质灾害风险等级值，再根据确定的地质灾害风险等级值判定标准，确定隧道掌子面的地质灾害类型及风险等级。
3.根据权利要求2所述的一种富水软弱围岩隧道地质灾害风险快速预测方法，其特征在于，在所述步骤2.2中，采用专家评分法与乘积标度法相结合确定隧道掌子面的拱顶沉降预测因子、周边收敛预测因子、自稳性状态预测因子、地下水状态预测因子对应地质灾害风险等级的判定评分标准。
4.根据权利要求2或3所述的一种富水软弱围岩隧道地质灾害风险快速预测方法，其特征在于，在所述步骤2.3中，隧道掌子面的地质灾害类型及风险等级如下表所示：
5.根据权利要求4所述的一种富水软弱围岩隧道地质灾害风险快速预测方法，其特征在于，所述步骤三的具体过程如下：
步骤3.1根据超前地质预报技术的特点，收集超前钻探、TSP、瞬变电磁等隧道超前地质预报探测方法的探测结果；
步骤3.2根据超前钻探、TSP、瞬变电磁等隧道超前地质预报探测结果的特点，基于专家评分法和层次分析法确定地质条件优劣等级判定评分标准；
步骤3.3以隧道掌子面的地质条件为基准，将收集到的超前钻探、TSP、瞬变电磁等超前地质预报方法的探测结果对照地质条件优劣等级判定评分标准，得到隧道超前地质预报探测段的地质条件等级值，将其带入地质条件优劣等级值判定标准，便得到隧道超前地质预报探测段相对于隧道掌子面的地质条件优劣等级。
6.根据权利要求5所述的一种富水软弱围岩隧道地质灾害风险快速预测方法，其特征在于，在所述步骤3.2中，地质条件优劣等级判定评分标准如下表所示：
7.根据权利要求5所述的一种富水软弱围岩隧道地质灾害风险快速预测方法，其特征在于，所述步骤3.3中，地质条件优劣等级值判定标准如下表所示：
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