一种海底隧道突涌水险情早期预警方法
【专利摘要】本发明涉及一种海底隧道突涌水险情早期预警方法，包括：步骤S1：利用地球物理探测和超前水平地质钻探方法提取岩土试样，进行室内物理力学和渗透试验；步骤S2：根据现场监控量测实测数据、围岩拱顶沉降和边墙位移，建立围岩或围岩-初支护系统失稳的灰色尖点突变时间预测模型；步骤S3：采用抛物线顶点数值反分析法获取围岩支护设计参数；步骤S4：根据步骤S1和步骤S3，并结合步骤S2，通过基于ABAQUS平台模拟软件，建立高水压作用下海底隧道围岩或围岩-初支护系统的黏弹塑性模型，进行险情预警，本发明具有提高高水压作用下软弱破碎围岩的海底隧道的合理设计、安全施工和突水灾害综合防治的技术水平等优点。
【专利说明】一种海底隧道突涌水险情早期预警方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种险情预警方法，尤其是涉及一种海底隧道突涌水险情早期预警方法。
【背景技术】
[0002]国外很早就开始了在隧道施工期突涌水预报方面的研究，也取得一些成果。我国在隧道高压突涌水预警预报及其决策系统的研制方面起步较晚，研究基础较薄弱，但近几年不少学者已开始关注隧道高压突涌水的预警预报工作，也取得一些可喜的研究成果。不过，国内外这些研究成果绝大部分还停留在理论模型研究阶段，缺少系统工程方法和非线性科学方面的研究，只能对实际工程做出定性预测，往往无法对实际工程的突涌水作出准确的预报，而且很难对隧道高压突涌水险情进行早期预警预报以及对之进行经济、安全和合理的综合防控，因此也很难应用到海底隧道的施工中，而研发一种经济、安全、有效和合理的海底隧道高压突涌水失稳险情预警预报决策系统显得尤为紧迫。
【发明内容】
[0003]本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种海底隧道突涌水险情早期预警方法。
[0004]本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:
[0005]一种海底隧道突涌水险情早期预警方法，步骤包括:
[0006]步骤S1:利用地球物理探测和超前水平地质钻探方法查明全强风化带、岩脉、断层破碎带、节理密集带的产状和规模，以及该场地主要节理的产状，并提取岩土试样，进行室内物理力学和渗透试验；
[0007]步骤S2:根据现场监控量测实测数据和洞室开挖后围岩或围岩-初支护系统的围岩拱顶沉降和边墙位移，建立围岩或围岩-初支护系统失稳的灰色尖点突变时间预测模型；
[0008]步骤S3:采用隧道围岩或围岩-支护设计参数的抛物线顶点数值反分析法获取围岩支护设计参数；
[0009]步骤S4:根据步骤SI中获取试样的室内物理力学和渗透试验结果和步骤S3获取的隧道围岩支护设计参数，并结合步骤S2的灰色尖点突变时间预测模型，通过基于ABAQUS平台经二次开发后的三维多孔连续介质流固耦合有限元模拟软件，建立高水压作用下海底隧道围岩或围岩-初支护系统的黏弹塑性模型，进行突水失稳险情的早期预警预报，和围岩地下水涌水量预测；
[0010]步骤S5:根据步骤S4的黏弹塑性稳定性评价、突水失稳险情的早期预警预报和围岩地下水涌水量的预测，进行海底隧道高压突涌水灾害综合防控对策的优选。
[0011]所述的地球物理探测方法包括:爆破钻孔法、地质雷达法、红外探测法和TSP203探测法，所述的步骤Si的具体步骤为:[0012]101)利用超前水平地质钻探获取的岩芯进行岩土体的物理力学试验及流变试验，获取数值模拟的计算参数；
[0013]102)通过海上抽水与压水试验、超前地质钻孔压水试验、放射性和红外探测方法探测，获取海底隧道围岩现场等效渗透系数。
[0014]所述的步骤S2的具体步骤为:
[0015]201)监测数据进行平滑处理、等间隔化处理，生成预报数据；
[0016]202)建立围岩或围岩-支护系统失稳险情的灰色尖点突变时间预测模型，可表示为:
[0017]I)围岩或围岩-初支护系统的拱顶沉降和洞腰变形收敛值之比时间序列可表示为:
【权利要求】
1.一种海底隧道突涌水险情早期预警方法，其特征在于，步骤包括: 步骤S1:利用地球物理探测和超前水平地质钻探方法查明全强风化带、岩脉、断层破碎带、节理密集带的产状和规模，以及该场地主要节理的产状，并提取岩土试样，进行室内物理力学和渗透试验； 步骤S2:根据现场监控量测实测数据和洞室开挖后围岩或围岩-初支护系统的围岩拱顶沉降和边墙位移，建立围岩或围岩-初支护系统失稳的灰色尖点突变时间预测模型； 步骤S3:采用隧道围岩或围岩-支护设计参数的抛物线顶点数值反分析法获取围岩支护设计参数； 步骤S4:根据步骤SI中获取试样的室内物理力学和渗透试验结果和步骤S3获取的隧道围岩支护设计参数，并结合步骤S2的灰色尖点突变时间预测模型，通过基于ABAQUS平台经二次开发后的三维多孔连续介质流固耦合有限元模拟软件，建立高水压作用下海底隧道围岩或围岩-初支护系统的黏弹塑性模型，进行突水失稳险情的早期预警预报，和围岩地下水涌水量预测； 步骤S5:根据步骤S4的黏弹塑性稳定性评价、突水失稳险情的早期预警预报和围岩地下水涌水量的预测，进行海底隧道高压突涌水灾害综合防控对策的优选。
2.根据权利要求1所述的一种海底隧道突涌水险情早期预警方法，其特征在于，所述的地球物理探测方法包括:爆破钻孔法、地质雷达法、红外探测法和TSP203探测法，所述的步骤SI的具体步骤为: 101)利用超前水平地质钻探获取的岩芯进行岩土体的物理力学试验及流变试验，获取数值模拟的计算参数； 102)通过海上抽水与压水试验、超前地质钻孔压水试验、放射性和红外探测方法探测，获取海底隧道围岩现场等效渗透系数。
3.根据权利要求1所述的一种海底隧道突涌水险情早期预警方法，其特征在于，所述的步骤S2的具体步骤为: 201)监测数据进行平滑处理、等间隔化处理，生成预报数据； 202)建立围岩或围岩-支护系统失稳险情的灰色尖点突变时间预测模型，可表示为: 1)围岩或围岩-初支护系统的拱顶沉降和洞腰变形收敛值之比时间序列可表示为:
4.根据权利要求1所述的一种海底隧道突涌水险情早期预警方法，其特征在于，所述的围岩支护设计参数包括弹性模量、侧压力系数和抗剪强度，步骤S3的具体步骤为: 301)利用各测点的位移或应力等随机向量的计算值和实测值，建立如下目标函数:
5.根据权利要求1所述的一种海底隧道突涌水险情早期预警方法，其特征在于，所述的步骤S4的具体步骤为: 401)根据步骤SI和S3获取的数值，建立考虑渗流影响的高水压作用下海底隧道围岩或围岩-初支护系统的黏弹塑性模型； 402)根据黏弹塑性模型计算围岩或围岩-初支系统的突水失稳时间，并结合步骤S2的灰色尖点突变时间预测模型对围岩出现大范围塑性屈服或张拉破坏等险情进行早期预警预报； 403)根据黏弹塑性模型计算围岩地下水涌水量的大小，对涌水量过大等险情进行早期预警预报。
6.根据权利要求1所述的一种海底隧道突涌水险情早期预警方法，其特征在于，所述的海底隧道高压突涌水灾害综合防控对策包括:1)全断面帷幕注浆方案；2)拱部小导管注浆联合局部帷幕注浆和喷锚初支护方案；3)拱部管棚支护联合小导管注浆、局部帷幕注浆和喷 锚初支护方案。
【文档编号】G01V11/00GK104035142SQ201410246976
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年6月5日 优先权日:2014年6月5日
【发明者】许建聪 申请人:同济大学