一种地铁穿江隧道区河床冲刷风险监测预警方法技术

本发明专利技术提供一种地铁穿江隧道区河床冲刷风险监测预警方法，属于水利水电工程技术领域，本发明专利技术基于常规穿江隧道保护区及可能影响穿江隧道安全的隧道线位上下游冲刷区监测，首次提出穿江隧道区河床变形监测控制断面及其确定方法，并提出一种根据控制断面河床监测成果进行穿江隧道区河床冲刷风险等级划分和预警的方法，可为保障穿江隧道安全和穿江隧道运营管理提供技术依据。营管理提供技术依据。营管理提供技术依据。

【技术实现步骤摘要】
一种地铁穿江隧道区河床冲刷风险监测预警方法


[0001]本专利技术涉及一种地铁穿江隧道区河床冲刷风险监测预警方法，属于水利水电工程


技术介绍

[0002]河口城市轨道交通工程穿江隧道主体结构埋设在河床下，复杂的径流洪水和潮汐往复流及邻近涉河建筑物局部水力现象和人类活动影响等往往均会导致河床产生冲淤变化，进而改变轨道交通工程穿江隧道上部覆土层厚度，一旦河床持续下切、隧道上部覆土层厚度小于最小安全覆土厚度，则很可能导致穿江隧道结构抗浮稳定不满足要求，进而影响轨道交通工程运营安全。因此，需重视并防控河床下切对轨道交通工程穿江隧道的危害风险，对穿江隧道区河床冲刷风险进行监测预警十分必要。
[0003]目前，对于大江大河穿江隧道区的河床监测，主要侧重于分析穿江隧道区河床冲淤形态变化以及穿江隧道顶部覆土厚度变化，尚无针对穿江隧道区河床冲刷变形风险的监测预警方法，使得隧道运营管理单位无法根据穿江隧道区河床监测成果有效做出预警响应。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的不足，本专利技术提供一种地铁穿江隧道区河床冲刷风险监测预警方法，包括以下步骤：
[0005](1)进行穿江隧道河段河床演变分析，确定穿江隧道区河床演变趋势和主要冲刷风险源；
[0006](2)制定穿江隧道区河床变形监测方案；
[0007](3)穿江隧道保护区河床变形监测控制断面位置的确定；
[0008](4)提出穿江隧道区河床冲刷变形风险等级划分及预警方案。
[0009]优选地，所述步骤(1)具体包括：收集穿江隧道河段历史实测地形资料，套绘各不同年份河道地形，分析穿江隧道河段河床平面和断面冲淤变化特征，研判穿江隧道区河床演变趋势，针对受冲刷的穿江隧道区，分析河床冲刷主要原因，从而确定导致河床冲刷的主要风险源。
[0010]优选地，所述步骤(1)中河床主要冲刷风险源具体包括：洪水冲刷、潮汐往复作用、河道疏挖及工程河段涉河建筑物局部水力冲刷影响。
[0011]优选地，所述步骤(2)具体包括：基于步骤(1)确定的穿江隧道工程区河床演变趋势和主要冲刷风险源，制定穿江隧道区河床变形监测方案；监测范围包括可能影响穿江隧道安全的隧道线位上下游冲刷区、穿江隧道保护范围；一年监测2次，汛期前一次，汛期结束后一次；采用RTK及多波束测深系统设备进行地形监测；河床监测采用不低于1:500精度。
[0012]优选地，所述步骤(2)中重点监测内容包括穿江隧道线位断面变形及断面最深点高程变化、穿江隧道保护区控制断面河床变形及断面最深点高程变化、可能影响穿江隧道
安全的隧道线位上下游冲刷区发展态势及其最深点高程变化。
[0013]优选地，所述步骤(3)具体包括：控制断面位于穿江隧道保护区范围，该控制断面距离穿江隧道不宜太远，太远可能无法准确传递地形变化给穿江隧道带来的风险从而失去监测意义，太近则安全余度不足、会导致河床冲刷风险反馈不及时，加大风险程度；要求该控制断面所揭示的河床冲刷变形与隧道线位断面河床冲刷变形能建立一定的联系，可以通过该控制断面河床冲刷变形监测结果，研判穿江隧道线位上下游冲刷区河床变形对穿江隧道顶部安全覆土层厚度影响并作出预警。
[0014]优选地，步骤(3)中为合理确定该控制断面位置，引入河床天然冲刷坑临界坡率i0，以及隧道顶部覆土层最小富余厚度h；i0由穿江隧道工程所在河流多个不同年份大量实测冲刷坑坡率统计分析获取，i0对应根据大量实测冲刷坑资料统计分析得到的冲刷坑最小坡率；h为隧道顶部河床最深点高程Z1减去穿江隧道河床冲刷深度控制高程Z2的差值，若要隧道顶部覆土层厚度满足安全要求，则要求h＞0；控制断面位置由i0和h共同确定，控制断面与隧道结构外边线外侧水平投影距离L＝h/i0。
[0015]优选地，所述步骤(4)具体包括：引入穿江隧道区河床冲刷变形风险监测预警值(用
△
H表示，单位m)，
△
H为步骤3所述控制断面最深点与穿江隧道冲刷深度控制高程的差值；将穿江隧道区域河床冲刷风险划分为4级，具体如下：
[0016]①
蓝色预警，风险等级Ⅳ级，预警值0≤
△
H＜0.5h，此时冲刷对穿江隧道顶部覆土厚度影响不大；
[0017]②
黄色预警，风险等级Ⅲ级，预警值范围0＞
△
H≥
‑
0.5h，此时冲刷对穿江隧道顶部覆土厚度可能产生较大影响，将可能导致穿江隧道覆土厚度安全余度最大减小至0.5h，对穿江隧道安全产生一定威胁；
[0018]③
橙色预警，风险等级Ⅱ级，预警值范围
‑
0.5h＞
△
H≥
‑
h，此时冲刷将可能导致穿江隧道覆土厚度安全余度最大减小至0m，对穿江隧道安全产生较大威胁；
[0019]④
红色预警，风险等级Ⅰ级，预警值范围
△
H＜
‑
h，此时冲刷将可能导致穿江隧道顶部安全覆土厚度不足，影响穿江隧道安全。
[0020]本专利技术基于常规穿江隧道保护区及可能影响穿江隧道安全的隧道线位上下游冲刷区监测，首次提出穿江隧道区河床变形监测控制断面及其确定方法，并提出一种根据控制断面河床监测成果进行穿江隧道区河床冲刷风险等级划分和预警的方法，可为保障穿江隧道安全和穿江隧道运营管理提供技术依据。
附图说明
[0021]图1为福州轨道交通1号线穿江段2022年河床形态图；
[0022]图2为福州轨道交通1号线穿江段河床冲刷风险监测方案示意图；
[0023]图3为闽江南北港河床天然冲刷坑坡率统计结果图。
具体实施方式
[0024]下面结合说明书附图对本专利技术作详细描述。
[0025]实施例1
[0026]如图1、2、3所示，以福州市轨道交通工程1号线下穿闽江北港隧道运营期河床变化
监测预警为例进行说明。
[0027]1、福州市轨道交通1号线穿江段河床演变及主要冲刷风险源分析。实测资料显示，1号线穿江隧道区域河床形态复杂，河床分汊，以左汊为主河槽，穿江隧道与解放大桥区间左、右两汊都存在局部冲刷坑，左汊冲刷坑明显大于右汊，且左汊冲刷坑距离穿江隧道线路较近(最深点位于穿江隧道上游约100m)，对穿江隧道威胁较大，2022年河床形态如图1。根据2011、2017、2022三个不同年份相同测图比尺的地形资料对比分析可知，该冲刷坑近年来平面有所扩大、纵向有所刷深，有进一步发展的趋势，见表1。河床演变分析表明，解放大桥桥墩及横亘在桥底的抛石基础壅水明显，导致桥上下水位差较大，使得桥下流速大、流态十分复杂，加上左岸堤岸在解放大桥处形成折角、与水流流线夹角较大，导致水流流向发生大幅偏转、形成涡旋，从而使得中洲岛左汊、解放大桥至1号线穿江隧道线位区间河床产生大幅冲刷，并威胁1号线穿江隧道安全。即1号线穿江隧道区河床冲刷威胁主要来自左汊冲刷坑的发展。
[0028]表1福州轨道交通1号线与解本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种地铁穿江隧道区河床冲刷风险监测预警方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)进行穿江隧道河段河床演变分析，确定穿江隧道区河床演变趋势和主要冲刷风险源；(2)制定穿江隧道区河床变形监测方案；(3)穿江隧道保护区河床变形监测控制断面位置的确定；(4)提出穿江隧道区河床冲刷变形风险等级划分及预警方案。2.根据权利要求1所述的一种地铁穿江隧道区河床冲刷风险监测预警方法，其特征在于，所述步骤(1)具体包括：收集穿江隧道河段历史实测地形资料，套绘各不同年份河道地形，分析穿江隧道河段河床平面和断面冲淤变化特征，研判穿江隧道区河床演变趋势，针对受冲刷的穿江隧道区，分析河床冲刷主要原因，从而确定导致河床冲刷的主要风险源。3.根据权利要求2所述的一种地铁穿江隧道区河床冲刷风险监测预警方法，其特征在于，所述步骤(1)中河床主要冲刷风险源具体包括：洪水冲刷、潮汐往复作用、河道疏挖及工程河段涉河建筑物局部水力冲刷影响。4.根据权利要求3所述的一种地铁穿江隧道区河床冲刷风险监测预警方法，其特征在于，所述步骤(2)具体包括：基于步骤(1)确定的穿江隧道工程区河床演变趋势和主要冲刷风险源，制定穿江隧道区河床变形监测方案；监测范围包括可能影响穿江隧道安全的隧道线位上下游冲刷区、穿江隧道保护范围；一年监测2次，汛期前一次，汛期结束后一次；采用RTK及多波束测深系统设备进行地形监测；河床监测采用不低于1:500精度。5.根据权利要求4所述的一种地铁穿江隧道区河床冲刷风险监测预警方法，其特征在于，所述步骤(2)中重点监测内容包括穿江隧道线位断面变形及断面最深点高程变化、穿江隧道保护区控制断面河床变形及断面最深点高程变化、可能影响穿江隧道安全的隧道线位上下游冲刷区发展态势及其最深点高程变化。6.根据权利要求5所述的一种地铁穿江隧道区河床冲刷风险监测预警方法，其特征在于，所述步骤(3)具体包括：控制断面位于穿江隧道保护区范围，该控制断面距离穿江隧道不宜太远，太远可能无法准确传递地形变化给穿江隧道带来的风险从而失去监测意义，太近则安全余度不足、会导致河床冲刷风险反馈不及时，加大风险程度；要求该控制断面所揭示的河床冲刷变形与隧道线位断面河床冲刷变形能建立一定的联系，可以通过该控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏厚兴，张晓，黄梅琼，王乐乐，刘俊汝，王丽颖，
申请(专利权)人：福建省水利水电勘测设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：