[发明专利]一种公路隧道穿越岩溶地层时灾害特征的预测方法

说明书

本发明涉及灾害预测技术领域，具体为一种公路隧道穿越岩溶地层时灾害特征的预测方法，根据目标公路隧道的地质信息和施工特征信息，结合建立的岩溶地层变形‑涌水耦合数学模型和物理模型，对岩溶地层条件下公路隧道施工全过程进行模拟解算，获取岩溶地层条件下目标公路隧道施工的结构稳定性和涌水灾害的特征信息。本方案能预测公路隧道施工全过程中地层涌水特征，提升预测的精确度和灵活性，为施工工法、衬砌方式和安全措施等的选择提供重要依据。

技术领域

本发明涉及灾害预测技术领域，具体为一种公路隧道穿越岩溶地层时灾害特征的预测方法。

背景技术

在涉及岩溶地层条件的公路隧道施工过程中，不仅面临地层应力的影响，还将面临突水、溃沙等灾害。其主要原因是溶洞腔体形成了不良地质条件，造成地应力的集中，对隧道施工稳定性造成影响，而溶洞中又富含水，不仅降低了岩体的力学性质，还会在隧道施工中带来突水、溃沙等灾害。

因此在岩溶地层公路隧道施工过程中，通常采用地质素描、地质雷达、红外探测和超前地质钻探等超前地质预报方法来预测200米以内隧道掌子面前方的地质信息，采用地下水动力学方法、水理统计法、水平衡法、比拟法数值分析法、非线性理论方法等方法来监测隧道施工过程中的涌水量。

但是上述方法只能对已经施工的里程段涌水量进行监测，或只能对某一里程段的地层涌水特征进行预估，不能预测和准确反应岩溶地层条件下公路隧道施工全过程中地层涌水特征，精确度和灵活性较差。

发明内容

本发明意在提供一种公路隧道穿越岩溶地层时灾害特征的预测方法，能预测公路隧道施工全过程中地层涌水特征，提升预测的精确度和灵活性。

本发明提供如下基础方案：一种公路隧道穿越岩溶地层时灾害特征的预测方法，包括如下内容：

信息获取步骤：获取目标公路隧道的地质信息和施工特征信息；

模型构建步骤：根据地质信息和施工特征信息，构建岩溶地层条件下目标公路隧道施工的数学模型和物理模型；其中数学模型，用于反应岩溶地层的地应力作用和水体流动特征，包括：由隧道围岩变形控制数学模型和岩溶腔体涌水特征数学模型耦合获取的岩溶地层变形-涌水耦合数学模型，其中岩溶腔体涌水特征数学模型，用于表征岩溶腔体涌水过程，且根据岩溶腔体涌水过程的阶段不同进行不同的设置；物理模型，用于模拟目标公路隧道穿越岩溶地层；

预测步骤：根据数学模型和物理模型，进行岩溶地层条件下目标公路隧道施工的仿真模拟，获取结构稳定性和涌水灾信息。

进一步，所述地质信息，包括：地层岩性信息、围岩力学性质信息、岩溶腔体的产状信息、孔隙水压力信息和水体含量信息；

所述施工特征信息，包括：设计施工参数信息，包括：设计平面图信息、设计断面图信息、隧道施工工法信息、衬砌方式信息和衬砌材料信息。

进一步，所述模型构建步骤，包括：

数学模型构建子步骤：根据地质信息和施工特征信息，构建岩溶地层条件下目标公路隧道施工的隧道围岩变形控制数学模型和岩溶腔体涌水特征数学模型；

耦合隧道围岩变形控制数学模型和岩溶腔体涌水特征数学模型，获取岩溶地层变形-涌水耦合数学模型；

物理模型构建子步骤：根据地质信息和施工特征信息，构建岩溶地层条件下目标公路隧道施工的物理模型。

进一步，所述隧道围岩变形控制数学模型为：

其中A为材料常数，为内摩擦角；

为平均应力或静水平压力，σ_i为主应力，i为任意参数；

{S}为偏压应力；