[发明专利]一种估算突涌隐患隧道临界顶板厚度的方法

说明书

本发明公开了一种估算突涌隐患隧道临界顶板厚度的方法，包括工地现场采集数据；假设当腔洞侵至当前路段代表等效断面的5r、3r、1r边缘时，计算等效断面的突涌烈度G3、G2、G1；建立以r为横轴、以G为纵轴的平面坐标系，并标注上(1r，G1)、(3r，G2)、(5r，G3)三个坐标点，拟合曲线将该三个坐标点顺滑地连接起来，找到该曲线上的坐标点(nr，+64％)，该坐标点所对应的nr即为突涌灾害爆发临界半径，用临界半径减去隧道开挖半径，从而可估算得到临界顶板厚度。本发明能够较准确的估算突涌隐患隧道临界顶板厚度，为后续的突涌灾害治理提供依据，以确保施工安全。

技术领域

本发明涉及隧道与地下工程突涌灾害的分析方法，具体涉及一种估算突涌隐患隧道临界顶板厚度的方法。

背景技术

当尚未开挖到的隧道某区段的顶部存在腔洞时，随着隧道开挖掘进逐渐靠近腔洞，腔洞将逐渐侵入隧道等效断面内，导致隧道顶板变薄，当隧洞顶板减薄到某临界厚度时，再往前开挖就会引爆突涌灾害。矿业系统为了规范矿井水灾的危险程度，引入了突水系数经验计算公式及经验数值，《矿区水文地质工程地质勘探规范》(GB12719-91)附录或国家安全监管总局2009《煤矿防治水规程》附录的突水系数计算公式如下：

Ts＝P/(M-Cp)，是GB12719-91的公式；

Ts＝P/M，是2009《煤矿防治水规程》的公式；

上两式中：Ts为突水系数，MPa/m；P为隔水层承受的水压，MPa；M为围岩隔水层厚度，m；Cp为采矿对围岩隔水层的扰动破坏厚度，m。

按上式计算，就全国实际资料看，围岩结构破坏块段突水系数一般不大于0.06MPa/m；GB12719-91规范规定正常块段不大于0.15MPa/m，2009《煤矿防治水规程》规定不大于0.1MPa/m。虽然被列入矿业规范，但由于掌子面前方区段灾害隐患在断面上的分布情况没有阐明，矿业界仍有大量文献反映突水系数仅仅可作为经验参考值而不能作为确值来运用，如果作确值来使用，将存在较大风险。

突水系数经验估值，目的是服务于对掌子面前方区段危险性的判断及预警，其实质为对掌子面前方区段未开挖的隧道环境蕴藏的风险给予揭露。矿业系统的突涌灾害与公路、铁路系统、水利水电系统的突涌灾害，有类似之处，在开挖工作平台临近储水地层，地下水突破围岩阻拦，涌出巷道，因此，不同行业的研究者提出了本系统的修正公式，包括矿业系统后续提出的下三带理论、零位破坏、隔水关键层、薄板结构、岩-水作用关系理论等，以及其他系统学者提出能量法、虚功法、数值分析法估算围岩安全盘的厚度等等，或多或少参考了或延续了突水系数的估算方法，为阐述方便，我们统一称它们为突水系数经验，但是这些修正经验或理论往往是因为假设与实际不符、计算过于复杂、结论与实践偏离较大的原因，均未被相应系统的技术规范予以采纳。

综上所诉，传统方法存在以下三个主要缺陷：一是隧道掌子面前方非腔洞对应区域的水文地质情况予以了忽略，没有涉及到掌子面前方非腔洞对应区段的区域属性，这是十分危险的；二是没有考虑腔洞逐渐侵入隧道围岩导致围岩顶板越来越薄的情况；三是未将掌子面作业扰动影响因素考虑进来；所以计算结果不够准确与可靠，从而带来危险。因此有必要提出一种估算突涌隐患隧道临界顶板厚度的方法，以便于准确地估算突涌隐患隧道临界顶板厚度，以确保施工安全。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种估算突涌隐患隧道临界顶板厚度的方法。该估算突涌隐患隧道临界顶板厚度的方法能够较准确的估算突涌隐患隧道临界顶板厚度，为后续的突涌灾害治理提供依据，以确保施工安全。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：