[发明专利]一种深埋隧道岩爆灾害规模的现场快速估算方法

说明书

本发明公开了一种深埋隧道岩爆灾害规模的现场快速估算方法，涉及隧道施工技术领域，通过选取爆坑横断面进行布点，记录所布点的坐标，对坐标进行拟合，研究爆坑横断面和纵断面轮廓曲线的特点，建立几何爆坑模型，估算爆坑灾害规模。本发明通过对隧道围岩岩爆爆坑内有限个测点所处的位置、岩体破坏深度、测点间距离等基本数据的测量与拟合分析的基础上，构建能够近似表征岩爆爆坑三维形态的几何概化模型，从而进一步提出爆坑规模的数学估算公式，利用该新方法可克服或减少根据弹射岩块出渣方量推算爆坑规模可能带来的偏差，弥补目前所采用方法的不足，提高岩爆爆坑规模的估算精度，为岩爆灾害严重程度的准确评估提供更为合理可靠的支撑。

技术领域

本发明涉及隧道施工技术领域，特别涉及一种深埋隧道岩爆灾害规模的现场快速估算方法。

背景技术

岩爆是深埋硬岩隧道最常见的一种动力型地质灾害，在开挖或其他外界扰动下聚积在岩体中的弹性变形势能突然猛烈释放，导致岩石爆裂并弹射出来的现象。它往往以“突然袭击”的方式，使地下工程发生灾害性破坏，严重威胁施工人员及设备的安全，影响施工进度，而且还会造成地下工程超挖、支护失效。

工程中通常采用岩爆烈度等级区别岩爆所引发的岩体破坏的强烈程度，岩爆烈度分级所依据的一个重要衡量指标是岩爆爆坑的破坏深度，破坏深度在一定程度上可以反映岩爆的破坏规模，但相对于深度而言，岩爆所造成的洞壁岩体破坏表面积与爆坑体积作为多维尺度的衡量指标更能合理全面的表征岩爆的破坏规模，岩体破坏表面积与爆坑规模越大，弹射的岩块方量越多，其引起的后果损失往往越严重。总体上看，岩爆造成的后果损失严重程度与岩爆破坏规模具有显著相关性。因此，准备估算岩爆的破坏规模(包括洞壁围岩破坏表面积与岩爆爆坑体积)对于衡量岩爆破坏严重程度及灾害控制具有重要意义。

理论上，通过估算岩爆破坏所产生的岩块堆积体的方量可大致判断岩爆爆坑的规模，但岩爆破坏岩块的弹射范围广，岩块散落分布的位置不集中，且容易与现场施工开挖岩渣相混合，容易导致得出的爆坑体积存在不可控的误差，可见根据弹射岩块出渣方量推算岩爆破坏规模具有一定的困难，所以就需要一种深埋隧道岩爆灾害规模的现场快速估算方法。

发明内容

本发明实施例提供了一种深埋隧道岩爆灾害规模的现场快速估算方法，用以解决现有技术中存在的问题。

一种深埋隧道岩爆灾害规模的现场快速估算模型，包括：

一、窝型爆坑模型

(1)、当岩爆发生处洞壁为直线型时，窝型爆坑洞壁围岩破坏表面积S₁及爆坑体积V₁的近似估算模型分别如下：

S₁＝ab

其中，窝型爆坑沿隧洞轴向长度记为a，窝型爆坑在洞壁上的爆坑高度记为b，爆坑的深度记为h；以隧道轴向为X轴，开挖方向为X轴正向；X轴顺时针旋转90°为Y轴，洞壁凹陷侧为Y轴正向；Z轴同时垂直X轴和Y轴，隧洞拱顶方向为Z轴正向，隧洞洞口向的爆坑下限为坐标原点O，从而构成隧道施工工程坐标系；

(2)、当岩爆发生处洞壁为弧形时，窝型爆坑洞壁围岩破坏表面积S₂及爆坑体积V₂的估算模型分别如下：

其中：r为弧形的半径，ΔV为ikm部分的体积：

二、“V”字型爆坑模型

(1)、当岩爆发生处洞壁为直线型时，窝型爆坑洞壁围岩破坏表面积S₃及爆坑体积V₃的近似估算模型分别如下：