[發明專利]一種水下隧道最小埋深確定方法

有效

• 申請號: 201710894330.3
• 申請日: 2017-09-28
• 公開（公告）號: CN107806350B
• 公開（公告）日: 2019-08-13
• 發明（設計）人: 施成華;曹成勇;劉建文;雷明鋒;楊偉超;彭立敏
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: E21F17/00
• 分類號: E21F17/00
• 代理公司: 長沙正奇專利事務所有限責任公司 43113
• 代理人: 馬強;王娟

本發明公開了一種水下隧道最小埋深確定方法，考慮水下隧道設計過程中的加固方案以及施工過程中的施工分塊方案對隧道埋深的影響，首先根據水下隧道工程兩端的接線條件以及線路的坡度初步確定隧道的縱斷面，而后選定隧道的關鍵斷面，計算加固條件下關鍵斷面保證隧道施工安全的最小埋深，同時計算隧道加固后運營期的滲水量，當計算所得滲水量小于隧道運營期滲水量控制標準時，所確定的埋深即為隧道的最小埋深。在確定隧道的最小埋深時整座隧道所有關鍵斷面均需滿足最小埋深的要求。本發明在保證隧道施工安全的前提下，還可以適當降低工程造價。

技術領域

本發明涉及一種水下隧道最小埋深的確定方法，具體涉及一種暗挖礦山法施工的水下隧道最小埋深的方法。

背景技術

水下隧道的埋深對工程的施工及運營影響極大，是影響隧道造價和安全的最重要的設計參數之一。隧道埋深越大，隧道兩岸所需的接線就越長，工程造價急劇增加，且不利于隧道和兩岸既有線路的銜接；隧道埋深越淺，隧道施工產生塌方突水的風險就越高，運營階段隧道的抽排水費用也會急劇增加。

目前國內外對水下隧道暗挖施工最小埋深的確定方法主要有以下幾種。

(1)日本經驗法。日本最小涌水量法是被廣泛采用的確定水下隧道最小覆巖厚度方法之一。對于特定的地質條件和確定的隧道開挖斷面形狀,該法是在給定深度的海水下，隧道涌水量最小時所對應的覆巖厚度即為經濟安全的最小覆巖厚度。

(2)挪威經驗法。挪威根據已建的海底隧道經驗,統計得出水下隧道最小埋深的經驗曲線，并通過分別對比較好的圍巖和較差的圍巖，確定了水下隧道最小巖石覆蓋層厚度與海水深度的關系。

(3)頂水采煤法。借鑒國內水下采煤安全防水巖柱高度的確定方法。安全防水巖柱的最小高度應該大于導水裂隙帶(隧道圍巖破裂帶)高度和保護層厚度之和，安全防水巖柱高度的確定采用經驗公式確定。

(4)最小位移法。該方法認為拱頂下沉量最能反映隧道開挖造成的圍巖變形與穩定性情況，對于水下隧道某剖面，隨著覆蓋層厚度的增加，拱頂位移是先減小，后增加，存在最小值，因此，將拱頂位移最小時所對應的覆蓋厚度就是合理的最小覆蓋層厚度。

(5)層次分析決策法。該方法是請一組專家對影響水下隧道最小埋深的因素進行評價,根據專家的判斷能力,給出判斷力權值,得到最小埋深的重要性因子,給出不同方法的權值,經加權分析后最終確定水下隧道最小埋深。

(6)權函數法。該方法首先根據既有不同水下隧道最小埋深的確定方法確定出不同方法各自的埋深，而后考慮不同方法的不同權重，最后確定最終的隧道最小埋深，其給出數值計算值0.5權重、頂水采煤值0.3權重和最小涌水量值0.2權重，綜合加權確定最小埋深。

總體來說，目前國內外水下隧道最小埋深的確定方法主要以工程經驗法為主，并輔以適當的數值計算，埋深的確定過程中大多沒有考慮水下隧道設計中的加固措施以及施工方法對施工安全的影響，造成確定的水下隧道埋深偏大，文獻[7]提出了基于工程措施的水下隧道最小埋深確定方法，但其中采用數值計算方法對考慮工程措施的水下隧道安全性進行計算分析，不便于現場工程應用，且其計算精度受到計算模型和計算參數的影響，無法滿足我國水下隧道建設快速發展的需要。

既有水下隧道最小埋深的確定方法均是首先基于經驗方法確定隧道的最小埋深，而后進行隧道結構及隧道兩岸接線位置的設計，在隧道埋深的確定時不考慮加固措施以及施工方案的影響。研制一種新型的考慮加固系數和分塊系數的水下隧道最小埋深確定方法已為急需。

參考文獻：

[1]呂明,E,Nilsen B,Melby K.挪威海底隧道經驗.巖石力學與工程學報.2005；24(23):4219-4225.

[2]李術才,徐幫樹,丁萬濤,等.海底隧道最小巖石覆蓋厚度的權函數法.巖土力學.2009,30(4):989-996