[发明专利]一种基于工程控制措施的水下隧道最小埋深确定方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种水下隧道最小埋深的确定方法，具体涉及一种暗挖矿山法施工的水下隧道最小埋深的方法。

背景技术

水下隧道的埋深对工程的施工及运营影响极大，是影响隧道造价和安全的最重要的设计参数之一。隧道埋深越大，隧道两岸所需的接线就越长，工程造价急剧增加，且不利于隧道和两岸既有线路的衔接；隧道埋深越浅，隧道施工产生塌方突水的风险就越高。

目前国内外对水下隧道暗挖施工最小埋深的确定方法主要有以下几种。

(1)日本经验法。日本最小涌水量法是被广泛采用的确定水下隧道最小覆岩厚度方法之一。对于特定的地质条件和确定的隧道开挖断面形状，该法是在给定深度的海水下，隧道涌水量最小时所对应的覆岩厚度即为经济安全的最小覆岩厚度。

(2)挪威经验法。挪威根据已建的海底隧道经验，统计得出水下隧道最小埋深的经验曲线，并通过分别对比较好的围岩和较差的围岩，确定了水下隧道最小岩石覆盖层厚度与海水深度的关系。

(3)顶水采煤法。借鉴国内水下采煤安全防水岩柱高度的确定方法。安全防水岩柱的最小高度应该大于导水裂隙带(隧道围岩破裂带)高度和保护层厚度之和，安全防水岩柱高度的确定采用经验公式确定。

(4)最小位移法。该方法认为拱顶下沉量最能反映隧道开挖造成的围岩变形与稳定性情况，对于水下隧道某剖面，随着覆盖层厚度的增加，拱顶位移是先减小，后增加，存在最小值，因此，将拱顶位移最小时所对应的覆盖厚度就是合理的最小覆盖层厚度。

(5)层次分析决策法。该方法是请一组专家对影响水下隧道最小埋深的因素进行评价，根据专家的判断能力，给出判断力权值，得到最小埋深的重要性因子，给出不同方法的权值，经加权分析后最终确定水下隧道最小埋深。

(6)权函数法。该方法首先根据既有不同水下隧道最小埋深的确定方法确定出不同方法各自的埋深，而后考虑不同方法的不同权重，最后确定最终的隧道最小埋深，其给出数值计算值0.5权重、顶水采煤值0.3权重和最小涌水量值0.2权重，综合加权确定最小埋深。

总体来说，目前国内外水下隧道最小埋深的确定方法主要以工程经验法为主，并辅以适当的数值计算，埋深的确定过程中完全没有考虑水下隧道施工过程中工程控制措施对施工安全的影响，造成确定的水下隧道埋深偏大，无法满足我国水下隧道建设快速发展的需要。

因此，研制一种新型的基于工程控制措施的水下隧道最小埋深确定方法已为急需。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有水下隧道最小埋深(覆盖层厚度)的确定完全只考虑隧道围岩本身的强度，不考虑工程措施对隧道施工安全和埋深确定影响的现状，提供一种使得确定的隧道最小埋深既能保证水下隧道的施工安全，又能降低工程造价，且便于隧道两端接线的操作性强的、考虑工程控制措施的基于工程控制措施的水下隧道最小埋深确定方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供的基于工程控制措施的水下隧道最小埋深确定方法，首先根据水下隧道工程两岸的接线条件以及线路的坡度初步确定隧道的最小埋深，而后分析该埋深条件下采用常规支护参数和施工参数时隧道施工过程中的安全性以及隧道的渗水量是否满足排水设计要求，当常规支护参数不满足施工安全或渗水量要求时，采用数值计算方法分析不同工程控制措施条件下隧道的施工风险，并采用理论计算方法分析不同工程控制措施条件下隧道的渗水量，减少水下隧道渗水量的工程控制措施主要是进行超前周边预注浆，进一步通过计算分析不同工程控制措施条件下水下隧道保证施工安全及渗水量要求的最小埋深。

在以上分析的基础上，计算隧道埋深减小时为保证施工安全及减少渗水量所增加的工程控制措施的费用，隧道埋深增加造成的隧道长度加长所增加的建造费用，隧道埋深改变引起的隧道两端接线位置的变化所造成的环境影响，在综合比较的基础上，确定水下隧道的最小埋深。

该方法考虑水下隧道施工过程中工程控制措施对隧道埋深的影响，首先根据水下隧道工程两端的接线条件初步确定隧道的最小埋深，而后分析该埋深条件下采用常规支护参数和施工参数时隧道施工过程中的安全性，当常规支护参数不满足施工安全的前提下，进一步分析不同加固措施和加固参数条件下隧道的施工风险，确定不同工程控制措施条件下保证隧道施工安全的最小埋深，最后在对不同工程控制措施条件下的加固费用和隧道埋深减小导致隧道长度缩短所减少的费用进行综合比较的基础上，确定隧道的最合理埋深。