[发明专利]一种估算深埋隧道掌子面爆发突涌灾害危险程度的方法

摘要

本发明公开了一种估算深埋隧道掌子面爆发突涌灾害危险程度的方法，包括建立突涌灾害爆发基本模型，确定纵向施工扰动影响长度并根据实际情况予以修正，提出爆发突涌灾害的危险程度公式；再通过勘察与试验获取前方段落的水压、围岩强度、围岩颗粒调整系数、和围岩破碎程度调整系数、与掌子面的距离的数据，将有关数据代入公式，估算危险程度。本发明的估算深埋隧道掌子面爆发突涌灾害危险程度的方法能够准确、可靠地估算深埋隧道掌子面爆发突涌灾害的危险程度，以确保施工人员的生命安全及施工单位的财产安全。

主权项

1.一种估算深埋隧道掌子面爆发突涌灾害危险程度的方法，其特征在于：包括建立突涌灾害爆发基本模型，确定纵向施工扰动影响长度并根据实际情况予以修正，提出爆发突涌灾害的危险程度公式W={ [1.5B§×（G_隐1）/（900%‑64%）]‑L_剩}/[1.5B§×（G_隐1）/（900%‑64%）]，或， W={ [1.0B§×（G_隐1）/（900%‑64%）]‑L_剩}/[1.0B§×（G_隐1）/（900%‑64%）]；B为隧道开挖宽度，单位为米；§为围岩破碎程度调整系数，无量纲；L_剩为剩余长度，单位为米；G_隐1为最靠近突涌过渡区的那个突涌隐患区的隧道等效断面突涌烈度，单位为%；再通过勘察与试验获取前方段落的水压、围岩强度、围岩颗粒调整系数、和围岩破碎程度调整系数、与掌子面的距离的数据，将得到的B、§、G_隐1、L_剩相关数据代入公式，估算危险程度；其具体步骤如下：步骤1：建立突涌灾害爆发基本模型（1）提出突涌单元区的概念若某隧道区段的代表等效断面的突涌烈度为G，则隧道突涌单元区区分有如下情形：当‑100%≤ G＜0时，为非突涌区；当0≤G≤+64%时，称为突涌过渡区；当+64%＜G≤+900%时，称为一般突涌隐患区；当G＞+900%时，称为特殊突涌隐患区；（2）建立隧道掌子面突涌灾害爆发基本模型①一般的隧道突涌灾害爆发基本模型当每个隧道段落由三个突涌单元区组成：非突涌区、突涌过渡区、突涌隐患区，突涌灾害总是在突涌过渡区就提前爆发，不会等到掘进深入突涌隐患区后才爆发；②特殊的隧道突涌灾害爆发基本模型当每个隧道段落由两个突涌单元区组成：非突涌区、突涌隐患区，突涌灾害总是在接近突涌隐患区的非突涌区就提前爆发，不会等到掘进深入突涌隐患区后才爆发；步骤2：确定纵向施工扰动影响长度（1）当每个隧道段落单元区组成情形与一般的隧道突涌灾害爆发基本模型一致时，在突涌过渡区内施工，施工扰动对前方的纵向影响长度为1.5B§，B为隧道开挖宽度,§为围岩破碎程度调整系数；（2）当每个隧道段落单元区组成情形与特殊的隧道突涌灾害爆发基本模型一致时，须先人为指定突涌过渡区，在人为指定的突涌过渡区内施工，施工对前方的水平影响长度为1.0B§，§为围岩破碎程度调整系数；步骤3：对纵向施工扰动影响长度进行修正，得到修正纵向影响基准长度（1）当每个隧道段落单元区组成情形与一般的隧道突涌灾害爆发基本模型一致时，修正纵向基准长度L_修的计算公式为：L_修=1.5B§×（G_隐1）/（900%‑64%）式中，L_修为修正后的施工扰动纵向影响长度，单位：米；B为隧道开挖宽度，单位：米；§为围岩破碎程度调整系数；G_隐1为最靠近突涌过渡区的那个突涌隐患区的隧道等效断面突涌烈度，单位为%；（2）当每个隧道段落单元区组成情形与特殊的隧道突涌灾害爆发基本模型一致时，修正纵向基准长度L_修的计算公式为：L_修=1.0B§×（G_隐1）/（900%‑64%）式中，L_修为修正后的施工扰动纵向影响长度，单位：米；B为隧道开挖宽度，单位：米；§为围岩破碎程度调整系数；G_隐1为最靠近突涌过渡区的那个突涌隐患区的隧道等效断面突涌烈度，单位为%；步骤4：确立掌子面爆发突涌灾害的危险程度计算公式过渡区的修正纵向基准长度是用于防止超挖的，当剩余长度大于等于修正纵向基准长度时，不会爆发突涌灾害，危险程度为零或为负值；当剩余长度小于修正纵向基准长度时，剩余长度越小，爆发突涌灾害的危险程度越大；当剩余长度等于0米时，爆发突涌灾害的危险程度为100%，必然发生突涌灾害，因此，掌子面爆发突涌灾害的危险程度计算公式为：（1）当每个隧道段落单元区组成情形与一般的隧道突涌灾害爆发基本模型一致时W={ [1.5B§×（G_隐1）/（900%‑64%）]‑L_剩}/[1.5B§×（G_隐1）/（900%‑64%）]式中，W为掌子面爆发突涌的危险程度，单位为%，W值取值为0～100%；B为隧道开挖宽度，单位：米；G_隐1为最靠近突涌过渡区的那个突涌隐患区的隧道等效断面突涌烈度，单位为%；L_剩为剩余长度，取值范围为0≤L_剩≤[1.5B§×（G_隐1）/（900%‑64%）]，单位：米；（2）当每个隧道段落单元区组成情形与特殊的隧道突涌灾害爆发基本模型一致时W={ [1.0B§×（G_隐1）/（900%‑64%）]‑L_剩}/[1.0B§×（G_隐1）/（900%‑64%）]式中，W为掌子面爆发突涌的危险程度，单位为%，W值取值为0～100%；B为隧道开挖宽度，单位：米；G_隐1为最靠近突涌过渡区的那个突涌隐患区的隧道等效断面突涌烈度，单位为%；L_剩为剩余长度，取值范围为0≤L_剩≤[1.0B§×（G_隐1）/（900%‑64%）]，单位：米；步骤5：工地现场采集数据（1）采用常规勘探手段，钻探、坑探、无损探测及超前预报一个以上的组合获取围岩强度数据，通过岩芯试样抗压试验、触探试验、承载力试验、波速测试方法获得或转换得到围岩强度；（2）通过钻孔引排水并测量水压、孔隙水压测量仪器测量水压、灌水或灌浆压力致裂法测量水压、测量水位差转换为水压的方法获得水压数据；（3）采用皮尺、钢尺丈量或声波推测的方法测量掌子面到前方隧道断面的距离，推算剩余长度；（4）按常规方法进行岩性分析和围岩破碎程度分析，推断围岩颗粒调整系数ε和围岩破碎程度调整系数§；步骤6：估算深埋隧道掌子面爆发突涌灾害的危险程度（1）使用各断面的水压、围岩强度、围岩颗粒调整系数数据，计算得到各断面的突涌烈度G值，根据各断面的G值，判断目前的隧道段属于何种突涌灾害爆发模型；（2）根据所属突涌灾害爆发模型，计算修正纵向基准长度；（3）将剩余长度、修正纵向基准长度代入爆发突涌灾害的危险程度计算公式，得到隧道掌子面爆发突涌灾害的危险程度数值。