CN114233268B - 一种基于水平定向钻探勘察孔的隧道开挖涌水量预测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于水平定向钻探勘察孔的隧道开挖涌水量预测方法，包括以下步骤：S1.获取水平定向钻探勘察孔涌水量随钻探进尺变化数据、以及对应的隧址区天气数据；S2.对水平定向钻探勘察孔进行分段并统计各段涌水量；S3.利用隧道涌水量预测计算公式反算预测水平定向钻探勘察孔各段的隧道开挖涌水量，以确定水平定向钻探勘察孔各段的涌水量影响参数；S4.根据隧址区天气情况、水平定向钻探勘察孔各段的涌水量影响参数预测隧道开挖涌水量。本发明的有益效果：基于水平定向钻探勘察孔，使山岭隧道在进行水平定向钻探勘察的同时即可完成对隧道开挖涌水量的预测，提前做好隧道开挖涌水防范措施，减小隧道开挖施工风险。
Description
技术领域
本发明涉及隧道施工涌水量预测技术领域，尤其涉及一种基于水平定向钻探勘察孔的隧道开挖涌水量预测方法。
背景技术
掌子面又称礃子面，是坑道施工中的一个术语。即开挖坑道（采煤、采矿或隧道工程中）不断向前推进的工作面。目前，预测隧道涌水量的方法有很多，其中尤以均衡法和地下水动力学法应用最为广泛。然而，地下水系统受很多非确定性因素影响，致使常规预测方法在实际使用时受到局限。
发明内容
有鉴于此，为了解决隧道开挖施工过程中涌水量的预测问题，本发明的实施例提供了一种基于水平定向钻探勘察孔的隧道开挖涌水量预测方法。
本发明的实施例提供一种基于水平定向钻探勘察孔的隧道开挖涌水量预测方法，包括以下步骤：
S1.获取水平定向钻探勘察孔涌水量随钻探进尺变化数据、以及对应的隧址区天气数据；
S2.对水平定向钻探勘察孔进行分段并统计各段涌水量；
S3.利用隧道涌水量预测计算公式反算预测水平定向钻探勘察孔各段的隧道开挖涌水量，以确定水平定向钻探勘察孔各段的涌水量影响参数；
S4.根据隧址区天气情况、水平定向钻探勘察孔各段的涌水量影响参数预测隧道开挖涌水量。
进一步地，所述步骤S3中涌水量预测计算公式为：
其中，Q-隧道正常涌水量，单位为m3/d；L-隧道长度，单位为m；K-岩体渗透系数，单位为m/d；H-水头高度，单位为m；d-隧道断面等效直径，单位为m；
所确定的水平定向钻探勘察孔各段的涌水量影响参数为水平定向钻探勘察孔各段的岩体渗透系数K，
所述步骤S4中依据所确定的岩体渗透系数K计算隧道开挖对应各段的涌水量。
进一步地，根据隧址区天气情况利用地下水动力学隧道涌水量预测方法对隧道开挖对应各段的涌水量进行修正。
进一步地，所述水平定向钻探勘察孔按照竖直钻探勘察孔进行分段，连续的两个及以上竖直钻探勘察孔之间划分为所述水平定向钻探勘察孔的一段。
进一步地，所述水平定向钻探勘察孔轨迹与隧道轴线重合。
进一步地，所述水平定向钻探勘察孔轨迹具有坡度以使所述水平定向钻探勘察孔内自然涌水流出。
进一步地，所述步骤S1中水平定向钻探勘察孔涌水量随钻探进尺变化数据获取方式为，现场停钻时，利用返浆池单位时间内水位变化情况计算勘察孔自然涌水量。
进一步地，所述步骤S1中隧址区天气数据包括隧址区温度、天气情况、降雨降雪量和邻近沟谷水量变化。
进一步地，所述涌水量预测计算公式为佐藤邦明非稳定流式、大岛洋志和科斯加科夫等计算公式中的一种。
本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本发明的一种基于水平定向钻探勘察孔的隧道开挖涌水量预测方法，依托隧道水平定向钻探勘察孔涌水量的监测数据，确定待开挖隧道各段涌水量影响参数，进而利用地下水动力学法对隧道开挖涌水量进行预测，预测方法简单实用，且基于水平定向钻探勘察孔，使山岭隧道在进行水平定向钻探勘察的同时即可完成对隧道开挖涌水量的预测，提前做好隧道开挖涌水防范措施，减小隧道开挖施工风险。
附图说明
图1是本发明一种基于水平定向钻探勘察孔的隧道开挖涌水量预测方法的流程图；
图2是本实施例中水平定向钻探勘察孔涌水量随钻探进尺变化数据示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。下面介绍的是本发明的多个可能实施例中的较优的一个，旨在提供对本发明的基本了解，但并不旨在确认本发明的关键或决定性的要素或限定所要保护的范围。
请参考图1，本发明的实施例提供了一种基于水平定向钻探勘察孔的隧道开挖涌水量预测方法，包括以下步骤：
S1.获取水平定向钻探勘察孔涌水量随钻探进尺变化数据、以及对应的隧址区天气数据。
首先为了便于获取水平定向钻探勘察孔涌水量数据，所述水平定向钻探勘察孔轨迹与隧道轴线重合。优选的，所述水平定向钻探勘察孔轨迹具有坡度以使所述水平定向钻探勘察孔内自然涌水流出。
所述水平定向钻探勘察孔涌水量随钻探进尺变化数据获取方式为，现场停钻时，利用返浆池单位时间内水位变化情况计算勘察孔自然涌水量，同时记录对应钻探累计进尺深度，监测记录勘察孔自然涌水量频率为每天1-3次。
监测所述隧址区天气以获取所述隧址区天气数据，具体包括隧址区温度、天气情况、降雨降雪量和邻近沟谷水量变化，监测记录隧址区天气情况频率为每天1-3次。
S2.对水平定向钻探勘察孔进行分段并统计各段涌水量。
由所述步骤S1中获取的水平定向钻探勘察孔涌水量随钻探进尺变化数据，结合钻探进尺的增量对水平定向钻探勘察孔进行分段。具体而言，分段的方式可以根据水平定向钻探勘察孔的长度灵活选择，一般的所述水平定向钻探勘察孔按照竖直钻探勘察孔进行分段，连续的两个及以上竖直钻探勘察孔之间划分为所述水平定向钻探勘察孔的一段。
S3.利用隧道涌水量预测计算公式反算预测水平定向钻探勘察孔各段的隧道开挖涌水量，以确定水平定向钻探勘察孔各段的涌水量影响参数。其中所述涌水量预测计算公式为古德曼经验式、佐藤邦明非稳定流式、大岛洋志和科斯加科夫等计算公式中的一种，所述涌水量影响参数为内岩体渗透系数K。
S4.根据隧址区天气情况、水平定向钻探勘察孔各段的涌水量影响参数预测隧道开挖涌水量。
这里以古德曼经验式为例对步骤S3和S4做详细解释说明。
首先依据古德曼经验式，涌水量预测计算公式为：
其中，Q-隧道正常涌水量，单位为m3/d；L-隧道长度，单位为m；K-岩体渗透系数，单位为m/d；H-水头高度，单位为m；d-隧道断面等效直径，单位为m；
根据隧址区垂直勘察孔水文试验资料和隧址区地形地貌，可以确定水平定向钻探勘察孔分段范围内的水头高度及影响半径。在所述水平定向钻探勘察孔各段的涌水量确定的前提下，反算水平定向钻探勘察孔分段范围内岩体渗透系数K，
进一步则可以根据水平定向钻探勘察孔分段范围内的水头高度和岩体渗透系数，以及隧道断面等效直径，通过涌水量预测计算公式计算出隧道与水平定向钻探勘察孔对应的各段的开挖涌水量。
此外，还可以根据隧址区天气情况利用地下水动力学隧道涌水量预测方法对隧道开挖对应各段的涌水量进行修正。当没有钻进进尺时，考虑水平定向钻探勘察孔自然涌水量变化主要受天气因素影响，利用地下水动力学隧道涌水量预测方法分析天气因素对隧道开挖涌水量变化的影响。具体而言，测算降雨或者降雪时，单位时间内，反浆池内的降水量。降雨降雪可能会使钻孔内的压力水头增大，因此隧道开挖各段的涌水量就需要减去这个部分因为水头增大而增大的涌水量来作为预测的涌水量。
最后，结合实例对上述基于水平定向钻探勘察孔的隧道开挖涌水量预测方法进行验证说明。
请参考2，本实施例中所述水平定向钻探勘察孔分段统计涌水量增量如下：0-50m涌水量增量为2m3/h；50m-150m涌水量增量为6m3/h；150m-300m涌水量增量为2m3/h；钻孔累计进尺300m稳定涌水量约6.2 m3/h，因测算出的因天气因素影响涌水量增量为1m3/h。
同时根据隧址区垂直勘察孔水文试验资料和隧址区地形地貌确定，水平定向钻探勘察孔直径250mm，隧道等效直径11m，取0-50m范围内水头高度为20m，50-150m范围内水头高度为50m，150-300m范围内水头高度为80m。
0-50m范围内岩体渗透系数K为：
同理计算得，50m-150m范围内岩体渗透系数为0.0306 m/d，150m-300m范围内岩体渗透系数为0.0046 m/d。
钻孔累计进尺0-50m范围内隧道开挖涌水地段的涌水量计算，得：
同理计算得，钻孔累计进尺50m-150m范围内隧道涌水地段的涌水量为331.44 m3/d，钻孔累计进尺150m-300m范围内隧道涌水地段的涌水量为102.90 m3/d。基于工程安全考虑，隧道最大涌水量取计算涌水量的三倍，即钻孔累计进尺0-50m范围内隧道涌水地段的最大涌水量为418.95 m3/d，钻孔累计进尺50m-150m范围内隧道涌水地段的最大涌水量为994.32 m3/d，钻孔累计进尺150m-300m范围内隧道涌水地段的最大涌水量为308.70 m3/d。
本实施例中，钻孔累计进尺300m稳定涌水量约6.2 m3/d，因天气因素影响涌水量增量为1m3/d，考虑主要受钻孔累计进尺50m-150m范围内涌水影响，同理取岩体渗透系数不变，以古德曼经验式为例反算得，因天气因素影响隧道钻孔累计进尺50m-150m范围内涌水量增量约为151mm3/d。
在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解的是，它们是相对的概念，可以根据使用、放置的不同方式而相应地变化，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种基于水平定向钻探勘察孔的隧道开挖涌水量预测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.获取水平定向钻探勘察孔涌水量随钻探进尺变化数据、以及对应的隧址区天气数据；
S2.对水平定向钻探勘察孔进行分段并统计各段涌水量；
S3.利用隧道涌水量预测计算公式反算预测水平定向钻探勘察孔各段的隧道开挖涌水量，以确定水平定向钻探勘察孔各段的涌水量影响参数，
其中涌水量预测计算公式为：
其中，Q-隧道正常涌水量，单位为m3/d；L-隧道长度，单位为m；K-岩体渗透系数，单位为m/d；H-水头高度，单位为m；d-隧道断面等效直径，单位为m；
所确定的水平定向钻探勘察孔各段的涌水量影响参数为水平定向钻探勘察孔各段的岩体渗透系数K，
S4.根据隧址区天气情况、水平定向钻探勘察孔各段的涌水量影响参数预测隧道开挖涌水量：依据所确定的岩体渗透系数K计算隧道开挖对应各段的涌水量，根据隧址区天气情况利用地下水动力学隧道涌水量预测方法对隧道开挖对应各段的涌水量进行修正。
2.如权利要求1所述的一种基于水平定向钻探勘察孔的隧道开挖涌水量预测方法，其特征在于：所述水平定向钻探勘察孔按照竖直钻探勘察孔进行分段，连续的两个及以上竖直钻探勘察孔之间划分为所述水平定向钻探勘察孔的一段。
3.如权利要求1所述的一种基于水平定向钻探勘察孔的隧道开挖涌水量预测方法，其特征在于：所述水平定向钻探勘察孔轨迹与隧道轴线重合。
4.如权利要求3所述的一种基于水平定向钻探勘察孔的隧道开挖涌水量预测方法，其特征在于：所述水平定向钻探勘察孔轨迹具有坡度以使所述水平定向钻探勘察孔内自然涌水流出。
5.如权利要求1所述的一种基于水平定向钻探勘察孔的隧道开挖涌水量预测方法，其特征在于：所述步骤S1中水平定向钻探勘察孔涌水量随钻探进尺变化数据获取方式为，现场停钻时，利用返浆池单位时间内水位变化情况计算勘察孔自然涌水量。
6.如权利要求1所述的一种基于水平定向钻探勘察孔的隧道开挖涌水量预测方法，其特征在于：所述步骤S1中隧址区天气数据包括隧址区温度、天气情况、降雨降雪量和邻近沟谷水量变化。
7.如权利要求1所述的一种基于水平定向钻探勘察孔的隧道开挖涌水量预测方法，其特征在于：所述涌水量预测计算公式为佐藤邦明非稳定流式、大岛洋志计算公式和科斯加科夫计算公式中的一种。
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