一种估算深埋隧道等效断面突涌灾害烈度的方法技术

本发明专利技术公开了一种估算深埋隧道等效断面突涌灾害烈度的方法，包括确定深埋隧道等效断面，对隧道等效断面进行分区并赋值，计算各分区和断面的突涌强度；确定基准等效断面并提出隧道等效断面的突涌烈度估算公式，依据断面突涌烈度建立非突涌断面、过渡断面、突涌隐患断面三类单元断面；通过勘察与试验获得隧道各分区的水压、围岩强度、围岩颗粒调整系数，使用水压与围岩强度数据计算出各分区的突涌源形态系数及突涌强度，再套用隧道等效断面突涌烈度公式计算突涌烈度G值，依据突涌烈度G值估算该断面的突涌隐患程度。该方法为科学、准确地综合估算隧道断面突涌灾害程度而提供可靠的技术手段，有效的解决了隧道设计与施工遇到的关键问题。

A method for estimating the intensity of surge in equivalent section of deep buried tunnel

The invention discloses a method for estimating the inrush disaster intensity of the equivalent section of a deep-buried tunnel, which includes determining the equivalent section of a deep-buried tunnel, dividing and assigning the equivalent section of the tunnel, calculating the inrush intensity of each section and section, determining the reference equivalent section and proposing the formula for estimating the inrush intensity of the equivalent section of the tunnel. The intensity of inrush is divided into three sections: non-inrush section, transition section and hidden danger section. The water pressure, surrounding rock strength and particle adjustment coefficient of surrounding rock are obtained by investigation and test, and the shape coefficient and intensity of inrush source are calculated by using the data of water pressure and surrounding rock strength. The gushing intensity G of the equivalent section is calculated by the formula of gushing intensity, and the hidden danger degree of the section is estimated according to the gushing intensity G. This method provides a reliable technical means for estimating the degree of tunnel cross-section inrush disaster scientifically and accurately, and effectively solves the key problems encountered in tunnel design and construction.

【技术实现步骤摘要】
一种估算深埋隧道等效断面突涌灾害烈度的方法
本专利技术涉及隧道与地下工程突涌灾害分析方法，具体涉及一种估算深埋隧道等效断面突涌灾害烈度的方法。
技术介绍
存在突涌隐患的每个隧道区段由一系列的断面组成，每个隧道断面则由对一系列多个部位组成，而各部位的水文地质条件不一定相同，那么，若已知各部位的水文地质条件及情况，如何综合估算该断面的突涌隐患程度呢？这是隧道设计与施工遇到的一个关键的技术问题。现有估算隧道涌水灾害程度的办法主要依靠水量单一技术参数，当勘探部位或突水点存在不同的涌水量时，要么取最大的涌水量作为该断面的代表值来估算断面灾害程度，要么简单化的予以平均值来估算，这种以水量来估算突涌灾害的方法本来就不够准确，现在加上没有考虑若干部位突涌隐患不同而简单评价的缺陷，使得目前估算隧道断面突涌灾害隐患程度更加不准确，从而给治理隧道隐患带来困难。为此，有必要提出一种估算深埋隧道等效断面突涌灾害烈度的分析方法，为科学、准确地综合估算隧道断面突涌灾害程度而提高可靠的技术手段，从而破解隧道设计与施工遇到的关键的技术问题。
技术实现思路
针对目前估算隧道断面突涌灾害程度技术方法存在的技术问题，本专利技术的目的是提供一种估算深埋隧道等效断面突涌灾害烈度的方法，该方法可为科学、准确地综合估算隧道断面突涌灾害程度而提供可靠的技术手段，有效的解决了隧道设计与施工遇到的关键技术问题。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种估算深埋隧道等效断面突涌灾害烈度的方法，包括确定深埋隧道等效断面，对隧道等效断面进行分区并赋值，计算各分区和断面的突涌强度；确定基准等效断面并提出隧道等效断面的突涌烈度估算公式；依据断面突涌烈度建立非突涌断面、过渡断面、突涌隐患断面三类单元断面；通过勘察与试验获得隧道各分区的水压、围岩强度、围岩颗粒调整系数，使用水压与围岩强度数据计算出各分区的突涌源形态系数及突涌强度，再套用隧道等效断面突涌烈度公式计算突涌烈度G值，依据突涌烈度G值估算该断面的突涌隐患程度；其具体步骤如下：步骤1：确定深埋隧道等效断面,包括以下情形的区分(1)确定深埋圆形隧道的等效断面对于深埋圆形隧道，当隧洞某掌子面的围岩被开挖时，其断面出现应力-应变调整，隧洞可以近似地简化为深埋于均质体半空间中的孔洞，孔洞内部开挖导致的断面应力-应变关系二次调整经力学推导与验算证明，显著调整范围是以5r为半径的圆，则确定以5r为半径的圆形断面为深埋圆形隧道的等效断面；(2)确定深埋非圆形隧道的等效断面对于深埋非圆形隧道，则以隧道断面的中心为圆心，以开挖轮廓线距离该圆心的最大距离为半径r，绘制一个小圆形，再以该小圆的圆心为中心，以5r为半径绘制一个大圆，则确定该大圆为深埋非圆形隧道的等效断面；步骤2：对隧道等效断面进行分区并赋值,包括以下情形的区分(1)力学分区将隧道等效断面分为三个力学区：塑性大变形区A、塑性小变形区B、弹塑性区C；(2)几何分区将等效断面划分为25个分区，每个分区的大小为2r×2r的正方形；25个几何分区合并得到了一个10r×10r的大正方形，该大正方形与圆形隧道等效断面相切并接近，所以也称为隧道等效断面；(3)对各分区进行赋值根据隧道位移变形测量数据统计，确定C区的变形速率小于0.1mm/d；B区的变形速率，居于0.1～1.0mm/d之间；A区变形速率，大于1.0mm/d，严重时大于5.0mm/d；A区的最小变形速率是C区最大变形速率的10+1倍，若C区变形速率的量级基准确定为10，即10+1，则A区的变形速率的量级就为10+2；A区的变形速率有2个等级，则其变形速率量级中值数就为(100+500)/2＝300；B区居于A区最小变形速率与C区最大变形速率之间，则B区的变形速率量级的中值数就为(10+100)/2＝55。如下表1所示；表1：隧道等效断面各分区赋值表101010101010555555101055300551010555555101010101010(4)调整各分区的赋值①按上部、下部的重要性调整隧道所在列的分区的赋值静水水压力是沿重力垂直方向作用的，以隧道的位置为基准，重要性系数取值为1.0，每上升一个分区系数提高0.2，每下降一个分区系数降低0.2，如下表2所示；表2：调整隧道所在列的分区的赋值表②按与隧道距离的大小调整其它列的分区的赋值水压力的另一个特性是在同一高程点上，各向同性，重要性是同等的，但越靠近隧道对隧道影响则越强，反之，离隧道越远则影响越弱，以隧道位置的那列为基准，远离一个分区，下降系数0.2，如下表3所示；经计算，隧道等效断面共三个圈层，第一层内核重要程度值为300，第二层为374，第三层为112。其中，第一层占38～40％，第二层占45～48％，第三层占14～15％；表3：调整其它列的分区赋值表10×1.010×1.210×1.410×1.210×1.010×0.855×1.055×1.255×1.010×0.810×0.655×0.8300×1.055×0.810×0.610×0.455×0.655×0.855×0.610×0.410×0.210×0.410×0.610×0.410×0.2(5)内核细分区与赋值内核也可以再细分区，根据上下的重要性赋值，其它分区也可参考内核的细分区和赋值办法，如下表4所示；表4：等效断面内核再细分区赋值表步骤3：建立各分区、等效断面的突涌强度计算公式(1)建立分区的突涌强度计算公式Qi＝Ji×Νi×ξ其中：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，计算分区突涌强度Qi时，J值的取值范围为0≤J≤10-1，当J＞10-1时，J值一律取值为1×10-1；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，ξ按如下情况对应取值：①当分区的边界为充水充泥腔洞时，分区若位于拱顶上部ξ取1.2，若位于与隧道同一高程处ξ取1.10，若位于隧道之下ξ取1.05；②当分区的边界为充水腔洞时，分区若位于拱顶上部ξ取1.10，若位于与隧道同一高程处ξ取1.05，若位于隧道之下ξ取1.03；③当分区的边界为干腔洞时，分区若位于拱顶上部ξ取1.05，若位于与隧道同一高程处ξ取1.03，若位于隧道之下ξ取1.0；④当分区的边界属于非腔洞时，ξ取1.0；(2)建立等效断面突涌强度公式将隧道等效断面内全部25个分区的突涌强度相加，得到隧道等效断面的总突涌强度，Q总＝∑Qi＝∑(Ji×Νi×ξ)其中：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；步骤4：确定隧道基准等效断面当隧道等效断面内25个分区的突涌源形态系数J值均为10-2且ξ为1.0时，称该隧道等效断面为隧道基准等效断面，隧道基准等效断面的总突涌强度为7.86，如下表5所示；表5：隧道基准等效断面数值表步骤5：建立隧道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其中：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6：建立本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种估算深埋隧道等效断面突涌灾害烈度的方法，其特征在于：包括确定深埋隧道等效断面，对隧道等效断面进行分区并赋值，计算各分区和断面的突涌强度；确定基准等效断面并提出隧道等效断面的突涌烈度估算公式(G＝(Q总‑Q基准)/Q基准＝(Q总‑7.86)/7.86)，依据断面突涌烈度建立非突涌断面、过渡断面、突涌隐患断面三类单元断面；通过勘察与试验获得隧道各分区的水压、围岩强度、围岩颗粒调整系数，使用水压与围岩强度数据计算出各分区的突涌源形态系数及突涌强度，再套用隧道等效断面突涌烈度公式计算突涌烈度G值，依据突涌烈度G值估算该断面的突涌隐患程度。

【技术特征摘要】
1.一种估算深埋隧道等效断面突涌灾害烈度的方法，其特征在于：包括确定深埋隧道等效断面，对隧道等效断面进行分区并赋值，计算各分区和断面的突涌强度；确定基准等效断面并提出隧道等效断面的突涌烈度估算公式(G＝(Q总-Q基准)/Q基准＝(Q总-7.86)/7.86)，依据断面突涌烈度建立非突涌断面、过渡断面、突涌隐患断面三类单元断面；通过勘察与试验获得隧道各分区的水压、围岩强度、围岩颗粒调整系数，使用水压与围岩强度数据计算出各分区的突涌源形态系数及突涌强度，再套用隧道等效断面突涌烈度公式计算突涌烈度G值，依据突涌烈度G值估算该断面的突涌隐患程度。2.根据权利要求1所述的估算深埋隧道等效断面突涌灾害烈度的方法，其特征在于：具体估算步骤如下：步骤1：确定深埋隧道等效断面，包括以下情形的区分(1)确定深埋圆形隧道的等效断面对于圆形隧道，当隧洞某掌子面的围岩被开挖时，其断面出现应力-应变调整，根据断面应力-应变调整关系，将调整半径范围为5r的圆形隧道断面确定为深埋圆形隧道的等效断面；(2)确定深埋非圆形隧道的等效断面对于非圆形隧道，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，绘制得一个小圆形，再以该小圆的圆心为中心，以半径为5r绘制一个大圆，则该大圆确定为深埋非圆形隧道的等效断面；步骤2：对隧道等效断面进行分区并赋值，包括以下情形的区分(1)力学分区将隧道等效断面分为三个力学区：塑性大变形区A、塑性小变形区B、弹塑性区C；(2)几何分区将等效断面划分为25个分区，每个分区的大小为2r×2r的正方形，25个几何分区组合得到了一个10r×10r的大正方形，该大正方形于半径为5r绘制一个大圆相切并接近于该大圆，所以大正方形也称为隧道等效断面；(3)对各分区进行赋值根据隧道位移变形测量数据统计，确定C区的变形速率小于0.1mm/d；B区的变形速率为0.1～1.0mm/d；A区的变形速率大于1.0mm/d，严重时大于5.0mm/d，再根据变形速率的量级对各分区进行赋值，建立隧道等效断面的各分区赋值表；(4)调整各分区的赋值调整分区的赋值分为两种，第一种是按上部、下部的重要性调整隧道所在列的分区的赋值，第二种是按与隧道距离的大小调整其它列的分区的赋值；(5)内核细分区与赋值内核可以再细分区，根据上下的重要性赋值；步骤3：建立各分区、等效断面的突涌强度计算公式；(1)建立分区的突涌强度计算公式Qi＝Ji×Νi×ξ其中：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，Ji值的取值范围为0≤Ji≤10-1，当Ji＞10-1时，Ji值一律取值为1×10-1；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，按如下情况对应取值：①当分区的边界为充水充泥腔洞，分区位于拱顶上部时ξ取1.2，分区位于与隧道同一高程处时ξ取1.10，分区位于隧道之下时ξ取1.05；②当分区的边界为充水腔洞，分区位于拱顶上部时ξ取1.10，分区位于与隧道同一高程处时ξ取1.05，分区位于隧道之下时ξ取1.03；③当分区的边界为干腔洞，分区位于拱顶上部时ξ取1.05，分区位于与隧道同一高程处时ξ取1.03，分区位于隧道之下时ξ取1.0；④当分区的边界为非腔洞时，ξ取1.0；(2)建立等效断面突涌强度公式将隧道等效断...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄世武，
申请(专利权)人：广西信达高速公路有限公司，
类型：发明
国别省市：广西,45