[發明專利]一種線狀工程勘察階段巖爆風險評估方法

在審

• 申請號: 202010589418.6
• 申請日: 2020-06-24
• 公開（公告）號: CN111898244A
• 公開（公告）日: 2020-11-06
• 發明（設計）人: 陳興強;杜世回;黃勇;孟祥連;常帥鵬;張文忠;黃凱;王生仁;苗曉岐;張玉璽;周福軍;羅鋒;李俊青;張志亮;付偉;王棟;王杜江;楊德宏
• 申請（專利權）人: 中鐵第一勘察設計院集團有限公司
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06Q10/06;G06F119/14
• 代理公司: 西安新思維專利商標事務所有限公司 61114
• 代理人: 李罡

本發明涉及一種線狀工程勘察階段巖爆風險評估方法。以在勘察設計初期確定線路總體走向條件下的巖爆隨地下工程埋深之間的關系，從而確定高風險巖爆災害的主要埋深范圍，合理確定線路和工程方案。本發明步驟為1)利用沿線區域水壓致裂法獲取的最大水平主應力σ_H、最小水平主應力σ_h的實測數據，開展σ_H、σ_h與深度H之間的函數關系模擬；2)獲取沿線典型硬質巖單軸飽和抗壓強度平均值R_c；3)考慮圓形開挖斷面，計算斷面最大切向應力σ_θmax隨深度H的變化的函數關系；4)利用獲取的R_c和σ_θmax，使用Hoek判據巖爆評估方法，獲取對工程區域內硬質巖巖爆系數L隨深度H的變化關系，按照Hoek判據中巖爆風險等級劃分的標準，確定高風險隧道的一般深度，指導選線。

技術領域

本發明屬于工程勘察技術領域，具體涉及一種線狀工程勘察階段巖爆風險評估方法，特別適用于硬質巖隧道比例高的山區高速鐵路、公路和引水隧洞等勘察階段使用。

背景技術

鐵路、公路、引水隧洞等線狀工程的線性特點、坡度限制及繞避重大表生地質災害的需求，往往要設計大量深埋長大隧道等地下工程，在硬質巖發育的地區不可避免的會遇到高地應力巖爆風險。因此，在大范圍選線、工程選址等勘察設計階段對線路穿越區地下工程進行巖爆風險評估至關重要。

西部某山區鐵路正線設計長度約370公里，其中隧道總長約330公里，隧線比高達90％左右，其中一半為硬質巖。隧道埋深普遍超過1000m，最大埋深可達2100m左右。受區域高地應力影響，巖爆問題必然十分突出。勘察設計階段的巖爆風險評估結論，將直接影響線路選擇和隧道工程設置，進而從根本上決定施工階段的工程難度和工期。因此，勘察階段能否盡可能準確地評估工程巖爆風險，并確定高風險巖爆的埋深是極其關鍵和重要的，由此可滿足合理的繞避地表災害，保障地下工程施工安全。

現有巖爆風險評估方法主要包括三大類：

(1)在線路基本確定，且勘察進行到一定階段的情況下，直接采用原位實測地應力數據和實測巖石抗壓強度進行計算，這種方法僅能完成有原位實測數據的段落的巖爆風險評估，該方法適用于有實測數據的百米尺度的斷面；

(2)在線路基本確定，且勘察進行到一定階段的情況下，基于某個地下工程的實測地應力數據，采用數值模擬方法開展地下工程的地應力三維模擬，進而利用實測(或推測)的巖石抗壓強度進行巖爆風險評估，該方法一般考慮數公里以內尺度的地下工程；

(3)在施工階段，線路已經完全確定的情況下，采用綜合地質法或微震監測等手段開展施工過程的巖爆實時監測預警好風險評估，該方法適用于數米-數十米的隧道斷面。

綜上，可以看出，上述已有方法都是在線路基本穩定的情況下，基于大量原位實測工作開展的評估。上述方法適用于工程方案基本確定或已經開工的階段，需要有實測地應力和巖石抗壓強度數據，且主要針對單個的地下工程甚至斷面尺度的工作，尺度較小，這些特點難以滿足勘察階段輔助選線的需求。

根據實測資料統計研究表明：

(1)構造背景類似的條件下，同一區域的三軸地應力總體位于一個相似的水平，并隨著深度的增大而逐漸增大，而不同構造背景的三軸應力則差異明顯。事實上，同一地區水壓致裂法獲取的最大水平主應力σ_H和最小水平主應力σ_h與深度H之間存在一定的函數關系。通過已有實測數據可以模擬出其回歸方程，從而獲取相應深度的區域地應力的平均值；

(2)相同巖性的完整硬質巖類，其單軸飽和抗壓強度一般都分布在特定的范圍內，且具有相對穩定的平均值；

(3)Hoek判據(Hoek,1990；2010)是國際上通用的、較為可靠的反映硐室開挖過程影響和初始應力場的偏應力特征的巖爆判據，并將巖爆劃分為輕微、中等、強烈、極強烈等四個等級，其中強烈和極強烈風險較高。