本發(fā)明屬于地質探測的，特別涉及一種隧道地質預報超前探測最小安全探測距離計算方法。

背景技術：

1、在山區(qū)公路隧道施工中，為了預防隧道突涌災害，超前地質探測是至關重要的一環(huán)。多數(shù)突涌災害的發(fā)生主要是技術的局限和探測距離的覆蓋不夠導致的。當前主流的超前地質預報主要依托采用設備的有效探測距離進行前后銜接的探測工作，對于最小安全探測距離通常利用經(jīng)驗進行，造成一定突涌安全隱患。因此，急需提出可以量化的隧道超前地質探測最小安全探測距離估值方法，為隧道地質災害風險防控提供支撐。

2、從隧道突涌災害的發(fā)生看，目前的地質雷達短距離探測和tsp長距離探測相結合的方法，對于掌子面前方的含水結構造成的突涌災害的管控基本是有效的，對于上方和側方的管控效果比較差，同時雷達短視與有效安全保護厚度的不匹配是在成多數(shù)災害發(fā)生的根本原因。

3、目前，最小安全探測距離的估值方法通?；诘刭|條件、探測技術、施工需求等多方面因素綜合考慮。目前常見的估值方法：經(jīng)驗公式法：根據(jù)歷史數(shù)據(jù)和工程經(jīng)驗，總結出適用于特定地質條件和探測技術的經(jīng)驗公式。這種方法簡單易行，但受地域性和技術水平限制較大。數(shù)值模擬法：利用計算機模擬技術，對隧道施工過程中的地質變化進行數(shù)值模擬，從而得出最小安全探測距離。這種方法能夠考慮多種復雜因素，但計算量大且對模型精度要求較高。風險評估法：結合地質條件、施工難度、安全風險等因素進行風險評估，根據(jù)評估結果確定最小安全探測距離。這種方法能夠綜合考慮多種因素，但評估過程較為復雜且需要豐富的專業(yè)知識和經(jīng)驗。因此，急需能夠較為有效的確定隧道地質預報超前探測的最小安全探測距離。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提出的隧道地質預報超前探測最小安全探測距離計算方法，基于施工擾動、圍巖荷載、含水結構等不同要素的潛在安全影響范圍量化估值方法，構建基于累計影響范圍的山區(qū)公路隧道突涌災害瞬變電磁法超前地質預報最小安全探測距離估值方法和指標體系，為山區(qū)公路隧道突涌災害管控提供依據(jù)。

2、本發(fā)明的第一方面提供了一種隧道地質預報超前探測最小安全探測距離計算方法，包括如下步驟：

3、基于巖石飽和單軸抗壓強度rc，計算得到工程擾動厚度估值h1；

4、基于隧道圍巖情況，計算得到荷載高度估值h2；

5、基于隧道巖石、含水情況，計算得到安全保護厚度估值h3；

6、基于工程擾動厚度估值h1、荷載高度估值h2、安全保護厚度估值h3，確定隧道地質預報超前探測最小安全探測距離h＝w1·h1+w2·h2+w3·h3，其中，w1、w2、w3分別為加權系數(shù)。

7、作為本發(fā)明的進一步限定，所述基于巖石飽和單軸抗壓強度rc，計算得到考慮巖性軟硬的工程擾動厚度估值包括：

8、根據(jù)巖石飽和單軸抗壓強度rc與定性劃分的巖石堅硬程度對應關系，對巖石劃分不同的界限強度值，繪制單軸抗壓強度與工程擾動厚度關系曲線，基于該單軸抗壓強度與工程擾動厚度關系曲線擬合得到工程擾動厚度估值h1。

9、作為本發(fā)明的進一步限定，所述單軸抗壓強度與工程擾動厚度關系曲線擬合得到工程擾動厚度估值的具體方法為：利用飽和單軸抗壓強度將巖石由硬到軟劃分為堅硬、較堅硬、較軟、軟、極軟等5級，界限強度值分別為60mpa、30mpa、15mpa、5mpa，取飽和單軸抗壓強度的上限和擾動范圍的上限擬合即可得到工程擾動厚度估值公式。

10、作為本發(fā)明的進一步限定，所述工程擾動厚度估值公式為：式中，h1為工程擾動厚度，單位m；rc為巖石飽和單軸抗壓強度，單位mpa；33.82的單位為mpa.m。

11、作為本發(fā)明的進一步限定，將掌子面圍巖的飽和單軸抗壓強度代入h1公式中的rc即可得到工程擾動厚度估值。

12、作為本發(fā)明的進一步限定，所述基于隧道圍巖情況，計算得到荷載高度估值包括：

13、根據(jù)圍巖壓力的產(chǎn)生條件，計算得到荷載高度估值h2＝0.45×2s-1×[1+i(b-5)]，式中，s為圍巖等級，取整數(shù)1-5；b為隧道寬度，單位m；i為隧道寬度每增減1m時的圍巖壓力增減率，b＜5則i＝0.2；5≤b＜14則i＝0.1；14≤b＜25，分導洞開挖則i＝0.07，上下臺階或一次開挖則i＝0.12。

14、作為本發(fā)明的進一步限定，所述安全保護厚度估值

15、式中，γ為水的容重，單位kn/m3；h為含水結構內部流體靜止水壓力，單位kpa；s1為含水結構底部豎向投影面，單位m2；c為保護層粘聚力，單位kpa；c1為保護層沿含水結構底部投影范圍周長，單位m。

16、作為本發(fā)明的進一步限定，在保守條件下，不考慮工程擾動厚度范圍圍巖的防護能力、不考慮荷載高度范圍圍巖的防護能力、不考慮安全保護厚度范圍圍巖的防護能力，則w1、w2、w3取值分別為1，如果部分考慮其防護能力則w1、w2、w3可取0-1之間的數(shù)值。

17、本發(fā)明的第二方面，提供了一種電子設備，包括：一個或多個處理器；存儲裝置，用于存儲一個或多個程序，當所述一個或多個程序被所述一個或多個處理器執(zhí)行，使得所述一個或多個處理器實現(xiàn)本發(fā)明在第一方面提供的隧道地質預報超前探測最小安全探測距離計算方法。

18、本發(fā)明的第三方面，提供了一種計算機可讀介質，其上存儲有計算機程序，其中，所述計算機程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)本發(fā)明在第一方面提供的隧道地質預報超前探測最小安全探測距離計算方法。

19、本發(fā)明的有益效果是：

20、1、本發(fā)明基于施工擾動、圍巖荷載、含水結構等不同要素的潛在安全影響范圍量化估值方法，構建基于累計影響范圍的山區(qū)公路隧道突涌災害瞬變電磁法超前地質預報最小安全探測距離估值方法和指標體系，為山區(qū)公路隧道突涌災害管控提供依據(jù)。

21、2、本發(fā)明的方法考慮安全影響因素全面系統(tǒng)，結合隧道施工特點，考慮了與此密切相關的施工擾動、圍巖荷載影響范圍、含水結構潛在擠壓突破影響范圍，三個主要安全影響因素的量化表征，利用既有隧道工程擾動厚度計算方法、圍巖荷載高度計算方法和含水結構外部荷載與保護層巖土體抵抗力的平衡方程，構建了施工擾動、圍巖荷載、含水結構水壓力等影響因素造成的潛在安全影響范圍量化估值方法和指標體系，定量化，且簡單易算，為隧道突涌災害超前地質預報提供安全控制指標和量化指導。

技術特征：

1.隧道地質預報超前探測最小安全探測距離計算方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權利要求1所述的隧道地質預報超前探測最小安全探測距離計算方法，其特征在于，所述基于巖石飽和單軸抗壓強度rc，計算得到考慮巖性軟硬的工程擾動厚度估值包括：

3.根據(jù)權利要求2所述的隧道地質預報超前探測最小安全探測距離計算方法，其特征在于，所述單軸抗壓強度與工程擾動厚度關系曲線擬合得到工程擾動厚度估值的具體方法為：利用飽和單軸抗壓強度將巖石由硬到軟劃分為堅硬、較堅硬、較軟、軟、極軟等5級，界限強度值分別為60mpa、30mpa、15mpa、5mpa，取飽和單軸抗壓強度的上限和擾動范圍的上限擬合即可得到工程擾動厚度估值公式。

4.根據(jù)權利要求3所述的隧道地質預報超前探測最小安全探測距離計算方法，其特征在于，所述工程擾動厚度估值公式為：式中，h1為工程擾動厚度，單位m；rc為巖石飽和單軸抗壓強度，單位mpa；33.82的單位為mpa.m。

5.根據(jù)權利要求3所述的隧道地質預報超前探測最小安全探測距離計算方法，其特征在于，

6.根據(jù)權利要求1所述的隧道地質預報超前探測最小安全探測距離計算方法，其特征在于，所述基于隧道圍巖情況，計算得到荷載高度估值包括：

7.根據(jù)權利要求1所述的隧道地質預報超前探測最小安全探測距離計算方法，其特征在于，所述安全保護厚度估值

8.根據(jù)權利要求1所述的隧道地質預報超前探測最小安全探測距離計算方法，其特征在于，在保守條件下，不考慮工程擾動厚度范圍圍巖的防護能力、不考慮荷載高度范圍圍巖的防護能力、不考慮安全保護厚度范圍圍巖的防護能力，則w1、w2、w3取值分別為1，如果部分考慮其防護能力則w1、w2、w3可取0-1之間的數(shù)值。

9.一種電子設備，包括：一個或多個處理器；存儲裝置，用于存儲一個或多個程序，當所述一個或多個程序被所述一個或多個處理器執(zhí)行時，使得所述一個或多個處理器實現(xiàn)如權利要求1至8任一項所述的隧道地質預報超前探測最小安全探測距離計算方法。

10.一種計算機可讀介質，其上存儲有計算機程序，其中，所述計算機程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)如權利要求1至8任一項所述的隧道地質預報超前探測最小安全探測距離計算方法。

技術總結
本發(fā)明涉及一種隧道地質預報超前探測最小安全探測距離計算方法，包括基于巖石飽和單軸抗壓強度R<subgt;c</subgt;，計算得到工程擾動厚度估值h<subgt;1</subgt;；基于隧道圍巖情況，計算得到荷載高度估值h<subgt;2</subgt;；基于隧道巖石、含水情況，計算得到安全保護厚度估值h<subgt;3</subgt;；基于工程擾動厚度估值h<subgt;1</subgt;、荷載高度估值h<subgt;2</subgt;、安全保護厚度估值h<subgt;3</subgt;，確定隧道地質預報超前探測最小安全探測距離H＝w<subgt;1</subgt;·h<subgt;1</subgt;+w<subgt;2</subgt;·h<subgt;2</subgt;+w<subgt;3</subgt;·h<subgt;3</subgt;。本發(fā)明的計算方法通過基于施工擾動、圍巖荷載、含水結構等不同要素的潛在安全影響范圍量化估值方法，構建基于累計影響范圍的山區(qū)公路隧道突涌災害瞬變電磁法地質預報超前探測最小安全探測距離估值方法，能夠為山區(qū)公路隧道突涌災害管控提供依據(jù)。

技術研發(fā)人員：姜領發(fā),尹小濤,秦雨樵
受保護的技術使用者：中國科學院武漢巖土力學研究所
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/12/19