[发明专利]一种估算突涌隐患隧道临界顶板厚度的方法

摘要

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。

主权项

1.一种估算突涌隐患隧道临界顶板厚度的方法，其特征在于：包括工地现场采集数据，通过勘察与试验获得隧道掌子面前方区段断面各分区的水压、围岩强度、围岩颗粒调整系数、腔洞对等效断面各分区的边界影响系数，估算当前路段和腔洞对应区段的隧道代表等效断面的突涌相关技术指标；假设当腔洞侵至当前路段代表等效断面的5r边缘时，计算等效断面的突涌烈度G3；当腔洞侵至当前路段代表等效断面的3r边缘时，计算等效断面的突涌烈度G2；当腔洞侵至当前路段代表等效断面的1r边缘时，计算等效断面的突涌烈度G1；建立以r为横轴、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；其具体步骤如下：步骤1：工地现场采集数据采集掌子面到腔洞边缘之间的当前地段代表等效断面1的水压与围岩强度数据，采集腔洞对应区段的代表等效断面2的水压与围岩强度数据，目的是将腔洞对应的断面2的数据逐步引入断面1之中；(1)采用常规勘探手段获取围岩强度数据，并计算围岩强度；(2)测量现场水压并获得水压数据；(3)通过常规手段对围岩岩性进行分析和探明腔洞情况，推断围岩颗粒调整系数ε和腔洞对等效断面各分区的边界影响系数ξ；步骤2：计算当前地段代表等效断面、腔洞所对应区段代表等效断面的突涌相关指标；突涌相关技术指标计算公式如下：(1)等效断面各分区的突涌形态系数计算公式Ji＝ε*P水/R围式中：Ji为分区对应的突涌源形态系数；ε为修正系数或调整系数，属于无纲量指标；对于非粉细砂性土、岩石，取值为1.0；粉细砂取值为1.05；P水为隧道围岩地下水水压力，MPa；R围为隧道围岩轴心抗压强度，MPa；(2)等效断面各分区的分区的突涌强度计算公式Qi＝Ji*Νi*ξ式中：Qi表示分区突涌源形态的显著程度，无量纲；Ji为分区对应的突涌源形态系数；Νi为对应的分区赋值；ξ为等效断面各分区横向与纵向的边界影响系数；在等效断面边界以外，以及在隧道上部，当地层为自由水‑腔洞型地层时，则对等效断面突涌烈度会带来乘数效应；(3)等效断面的突涌强度计算公式Q总＝∑Qi＝∑(Ji*Νi*ξ)式中：Q总表示隧道等效断面突涌源形态的显著程度，无量纲；Ji为分区对应的突涌源形态系数；Νi为对应的分区赋值；ξ为等效断面各分区的边界影响系数；(4)等效断面的突涌烈度计算公式G＝(Q总‑Q基准)/Q基准＝(Q总‑7.86)/7.86式中：G为实际等效断面的突涌烈度，是表示相对于隧道基准等效断面，隧道实际等效断面突涌隐患的相对强弱程度，属于无纲量；Q总为隧道实际等效断面的突涌强度；Q基准为隧道基准等效断面的突涌强度，取值为7.86；步骤3：假设当腔洞侵至当前路段代表等效断面1的5r边缘时，计算等效断面1的突涌烈度G3；步骤4：假设当腔洞侵至当前路段代表等效断面1的3r边缘时，计算等效断面1的突涌烈度G2；步骤5：假设当腔洞侵至当前路段代表等效断面1的1r边缘时，按公式计算各分区的突涌强度、等效断面的突涌烈度G1；步骤6：估算当突涌烈度为+64％时等效断面1上半部分的剩余半径；(1)建立以r为横轴、G为纵轴的平面坐标系，并标注上(1r，G1)、(3r，G2)、(5r，G3)对应的坐标点，拟合曲线将该三个坐标点顺滑地连接起来；(2)在该曲线上，以+64％为纵坐标，找到坐标点(nr，+64％)，nr就是腔洞侵入等效断面1导致等效断面由过渡区属性转向突涌隐患区属性时的剩余半径，即未遭腔洞侵入的隧道上半部分范围的半径；步骤7：计算临界顶板厚度临界顶板厚度＝nr‑r；上述计算过程中，对于当前路段为圆形隧道，其半径为r；对于当前路段为非圆形隧道，则以隧道断面的中心为圆心，以开挖轮廓线距离圆心的最大距离为半径r。