[發明專利]一種運營期防突涌砂的凹槽式斜井、隧道結構及設計方法

有效

• 申請號: 202110892327.4
• 申請日: 2021-08-04
• 公開（公告）號: CN113565524B
• 公開（公告）日: 2022-04-08
• 發明（設計）人: 范雲鶴;鄭長青;趙萬強;喻渝;周羽哲;張永平;琚國全;湯印;華陽;楊學中;王闖;陳拴
• 申請（專利權）人: 中鐵二院工程集團有限責任公司
• 主分類號: E21D9/14
• 分類號: E21D9/14;E21F16/00;E21F16/02;G06F30/13;G06F30/28;G06F113/08;G06F119/14
• 代理公司: 四川力久律師事務所 51221
• 代理人: 王波

1.一種用于運營期防突涌砂的凹槽式斜井的設計方法，所述凹槽式斜井包括斜井通道(2)，所述斜井通道(2)的下游端設置有封堵結構(8)，其特征在于，所述斜井通道(2)包括沿其長度方向依次設置的涌砂段(5)、凹槽段(4)和排水段(3)，所述排水段(3)位于所述斜井通道(2)的下游端，所述封堵結構(8)位于所述排水段(3)內，所述凹槽段(4)的井壁下部設置有用于容納涌砂的凹槽(41)，所述凹槽(41)頂部覆蓋有鋼絲網(42)；

該設計方法包含以下步驟：

S1：基于所述凹槽式斜井建立斜井設計模型，并使所述斜井設計模型滿足：輸入排水段(3)流量b₁和涌砂段(5)流量b₃得到凹槽段(4)的長度C₂和凹槽(41)的寬度s之間的運算關系；

S2：根據所述斜井通道(2)的橫截面底部最大橫向尺寸A擬定凹槽(41)的寬度s，s≤A，基于凹槽(41)的寬度s和凹槽段(4)的長度C₂和凹槽(41)的寬度s之間的運算關系，得到凹槽段(4)的長度C₂；

其中，所述斜井設計模型具體為：

式中,C₁為排水段(3)的長度，單位m；C₂為凹槽段(4)的長度，單位m；C₃為涌砂段(5)的長度，單位m；a為斜井通道(2)坡率；k為斜井通道(2)斷面流量系數；b₁為排水段(3)流量，單位：m³/s；b₂為凹槽段(4)單位長度砂石下沉流量，單位：m³/s；b₃為涌砂段(5)流量，單位：m³/s；z_沙為砂石重度，單位：kN/m³；z_水為水的重度，單位：kN/m³；g為重力加速度，單位：9.8m/s²；d為涌砂砂石平均直徑，單位：mm；s為凹槽(41)的寬度，單位：m。

2.根據權利要求1所述的一種用于運營期防突涌砂的凹槽式斜井的設計方法，其特征在于，所述步驟S1具體為；

S11：基于所述凹槽式斜井、輸入排水段(3)流量b₁和涌砂段(5)流量b₃建立凹槽段(4)的長度C₂和凹槽段(4)單位長度砂石下沉流量b₂之間的關系模型，而且，基于涌砂砂石平均直徑d建立凹槽段(4)單位長度砂石下沉流量b₂與凹槽(41)的寬度s之間的關系模型；

S12：基于凹槽段(4)的長度C₂和凹槽段(4)單位長度砂石下沉流量b₂之間的關系模型，以及凹槽段(4)單位長度砂石下沉流量b₂與凹槽(41)的寬度s之間的關系模型得到所述斜井設計模型。

3.根據權利要求2所述的一種用于運營期防突涌砂的凹槽式斜井的設計方法，其特征在于，所述步驟S11中，建立凹槽段(4)的長度C₂和凹槽段(4)單位長度砂石下沉流量b₂之間的關系模型具體為：

S111.基于現場地質勘察資料得到涌砂段(5)流量b₃，并且基于所述凹槽式斜井的結構尺寸確定排水段(3)流量b₁和斜井通道(2)斷面流量系數k；

S112.基于所述排水段(3)流量b₁、涌砂段(5)流量b₃和斜井通道(2)斷面流量系數k建立斜井通道(2)中總勢能轉化模型和凹槽段(4)范圍之內的涌砂摩擦損失能量計算模型；

S113.基于斜井通道(2)中總勢能轉化模型和凹槽段(4)范圍之內的涌砂摩擦損失能量計算模型得到凹槽段(4)的長度C₂和凹槽段(4)單位長度砂石下沉流量b₂之間的關系模型。