(12)发明专利申请
(10)申请公布号 CN 111441822 A(43)申请公布日 2020.07.24
(21)申请号 202010211304.8(22)申请日 2020.03.24
(71)申请人 中铁第六勘察设计院集团有限公司
地址 300000 天津市滨海新区自贸试验区
（空港经济区）中环西路36号
申请人 中铁（天津）隧道工程勘察设计有限
公司(72)发明人 贺维国 范国刚 (51)Int.Cl.
E21F 17/00(2006.01)G06F 17/10(2006.01)G06Q 50/02(2012.01)
权利要求书2页 说明书3页 附图1页
(54)发明名称
一种水下矿山法隧道合理埋深计算方法(57)摘要
本发明公开了一种水下矿山法隧道合理埋深计算方法，包括以下步骤：通过地质钻探探明，得到淤泥层或软土层厚度、基岩表层既有裂隙深度，计算出隧道结构顶部软弱土质覆盖层和基岩表面既有裂隙深度；测量水头高度、隧道拱腰最大宽度，根据岩层隔水和渗透作用系数、岩石的坚固性系数、安全余量，计算出考虑岩层隔水和渗透作用的安全保护层厚度；根据地基系数、单个最危险药包的最小抵抗线，计算出钻爆引起的围岩松动圈导水裂隙长度；计算出矿山法隧道合理埋深。本发明在确保隧道顶部覆盖层安全的前提下，使矿山法隧道施工期间防水、排水不再是影响隧道施工进度的主要因素之一，也可大大降低隧道运营期间排水费用。
CN 111441822 ACN 111441822 A
权 利 要 求 书
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1.一种水下矿山法隧道合理埋深计算方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，通过地质钻探探明，得到淤泥层或软土层厚度、基岩表层既有裂隙深度，计算出隧道结构顶部软弱土质覆盖层和基岩表面既有裂隙深度；
步骤二，测量水头高度、隧道拱腰最大宽度，根据岩层隔水和渗透作用系数、岩石的坚固性系数、安全余量，计算出考虑岩层隔水和渗透作用的安全保护层厚度；
步骤三，根据地基系数、单个最危险药包的最小抵抗线，计算出钻爆引起的围岩松动圈导水裂隙长度；
步骤四，通过计算出的隧道结构顶部软弱土质覆盖层和基岩表层既有裂隙深度、考虑岩层隔水和渗透作用的安全保护层厚度、钻爆引起的围岩松动圈导水裂隙长度，计算出矿山法隧道合理埋深。
2.根据权利要求1所述的计算方法，其特征在于，在步骤一中，通过地质钻探探明，得到淤泥层或软土层厚度a、基岩表层既有裂隙深度m，计算出隧道结构顶部软弱土质覆盖层和基岩表面既有裂隙深度H1：
H1＝a+m……公式(1)；在公式(1)中：a：淤泥层或软土层厚度，通过地质钻探探明(m)；m：基岩表层既有裂隙深度，通过地质勘探探明(m)。3.根据权利要求2所述的计算方法，其特征在于，在步骤二中，测量水头高度h1、隧道拱腰最大宽度d，根据岩层隔水和渗透作用系数η、岩石的坚固性系数f、安全余量c，计算出考虑岩层隔水和渗透作用的安全保护层厚度H2：
在公式(2)中：h1：水头高度，取隧道主体结构顶面至水面距离(m)；d：隧道拱腰最大宽度(m)；η：岩层隔水和渗透作用系数，取样试验求得，0＜η≤1；f：岩石的坚固性系数；c：安全余量，取5m。
4.根据权利要求3所述的计算方法，其特征在于，在步骤三中，根据地基系数k、单个最危险药包的最小抵抗线p，计算出钻爆引起的围岩松动圈导水裂隙长度h：
在公式(3)中：
k：地基系数；p：单个最危险药包的最小抵抗线；F(n)：相应药包爆破指数的函数。5.根据权利要求4所述的计算方法，其特征在于，在步骤四中，通过计算出的隧道结构顶部软弱土质覆盖层和基岩表层既有裂隙深度H1、考虑岩层隔水和渗透作用的安全保护层
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CN 111441822 A
权 利 要 求 书
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厚度H2、钻爆引起的围岩松动圈导水裂隙长度h，计算出矿山法隧道合理埋深D：
D＝H1+H2+h……公式(4)；在公式(4)中：D：矿山法隧道合理埋深(m)；H1：隧道结构顶部软弱土质覆盖层和基岩表层既有裂隙深度(m)；H2：考虑岩层隔水和渗透作用的安全保护层厚度(m)；h：钻爆引起的围岩松动圈导水裂隙长度(m)。
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CN 111441822 A
说 明 书
一种水下矿山法隧道合理埋深计算方法
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技术领域
[0001]本发明涉及隧道施工领域，尤其涉及一种水下矿山法隧道合理埋深计算方法。背景技术
[0002]中国是一个海洋大国，拥有1.8万km的海岸线和1.4万km的岛屿岸线。我国海岸线横跨22个纬度带，拥有岛屿超过6500个，并且拥有渤海海峡、台湾海峡、琼州海峡等世界著名海峡。修建跨海通道突破海洋的天然屏障，拓宽国防纵深，是国家长治久安的战略需求。[0003]我国江河众多，水系发达，内地河流总长达43万公里，长度在1000公里以上的河流就有20多条。中国口过百万的城市超过百座，其中90％以上都是依江河而建，但河流也将城市分割，阻断了江河两岸道路，这一定程度上制约了国家整体交通路网的形成和城市快速发展。
[0004]水下隧道具有全天候、大运量、交通快捷、对航运及环境影响小的特点，是有效解决水域两岸受江河阻隔的主要方式之一。矿山法是隧道修建的主流工法之一，在隧道设计过程中，要求避免水下矿山法隧道埋深过大，使隧道增长、造价提高、运营成本增加；又要防止埋深不足，导致水溃入隧道影响工程安全。如何综合考虑经济、安全两方面因素，确定矿山法海底隧道的最小埋深，是海底隧道修建的最大难点之一。发明内容
[0005]本发明的目的在于提供一种水下矿山法隧道合理埋深计算方法，综合考虑了矿山法隧道结构顶部软弱覆盖层和基岩表面既有裂隙深度、考虑岩层隔水和渗透作用的安全保护层厚度、钻爆引起的围岩松动圈导水裂隙长度等关键参数确定的合理埋深计算方法，在确保隧道顶部覆盖层安全的前提下，使矿山法隧道施工期间防水、排水不再是影响隧道施工进度的主要因素之一，也可大大降低隧道运营期间排水费用。[0006]为实现上述目的，本发明的一种水下矿山法隧道合理埋深计算方法的具体技术方案为：
[0007]一种水下矿山法隧道合理埋深计算方法，包括：[0008]步骤一：通过地质钻探探明，得到淤泥层或软土层厚度、基岩表层既有裂隙深度，计算出隧道结构顶部软弱土质覆盖层和基岩表面既有裂隙深度；[0009]步骤二：测量水头高度、隧道拱腰最大宽度，根据岩层隔水和渗透作用系数、岩石的坚固性系数、安全余量，计算出考虑岩层隔水和渗透作用的安全保护层厚度；[0010]步骤三：根据地基系数、单个最危险药包的最小抵抗线，计算出钻爆引起的围岩松动圈导水裂隙长度；[0011]步骤四，通过计算出的隧道结构顶部软弱土质覆盖层和基岩表层既有裂隙深度、考虑岩层隔水和渗透作用的安全保护层厚度、钻爆引起的围岩松动圈导水裂隙长度，计算出矿山法隧道合理埋深。
[0012]本发明的一种水下矿山法隧道合理埋深计算方法的优点在于：
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CN 111441822 A[0013]
说 明 书
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1)本发明适用于所有岩质地层水下矿山法隧道，综合考虑了矿山法隧道结构顶部
软弱覆盖层和基岩表面既有裂隙深度、考虑岩层隔水和渗透作用的安全保护层厚度、钻爆引起的围岩松动圈导水裂隙长度等关键参数确定的合理埋深计算方法；
[0014]2)避免了传统的经验类比法确定的隧道埋深受主观性影响较大的缺点；通过本发明方法确定的水下矿山法隧道埋深统筹考虑了围岩能隔水，但仍然有渗透性的特点，在确保隧道顶部覆盖层安全的前提下，使矿山法隧道施工期间防水、排水不再是影响隧道施工进度的主要因素之一，也可大大降低隧道运营期间排水费用。附图说明
[0015]图1为本发明的水下矿山法隧道合理埋深计算方法的示意图。
具体实施方式
[0016]为了更好的了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图，对本发明的一种水下矿山法隧道合理埋深计算方法做进一步详细的描述。[0017]如图1所示，其示为本发明的一种水下矿山法隧道合理埋深计算方法，包括以下步骤：
[0018]步骤一，通过地质钻探探明，得到淤泥层或软土层厚度a、基岩表层既有裂隙深度m，计算出隧道结构顶部软弱土质覆盖层和基岩表面既有裂隙深度H1；[0019]步骤二，测量水头高度h1(即隧道主体结构顶面至水面距离)、隧道拱腰最大宽度d，根据岩层隔水和渗透作用系数η、岩石的坚固性系数f、安全余量c，计算出考虑岩层隔水和渗透作用的安全保护层厚度H2；[0020]步骤三，根据地基系数k、单个最危险药包的最小抵抗线p，计算出钻爆引起的围岩松动圈导水裂隙长度h；[0021]步骤四，通过计算出的隧道结构顶部软弱土质覆盖层和基岩表层既有裂隙深度H1、考虑岩层隔水和渗透作用的安全保护层厚度H2、钻爆引起的围岩松动圈导水裂隙长度h，计算出矿山法隧道合理埋深D。[0022]具体来说，在步骤一中，通过地质钻探探明，得到淤泥层或软土层厚度a、基岩表层既有裂隙深度m，计算出隧道结构顶部软弱土质覆盖层和基岩表面既有裂隙深度H1：[0023]H1＝a+m......公式(1)；[0024]在公式(1)中：[0025]a：淤泥层或软土层厚度，通过地质钻探探明(m)；[0026]m：基岩表层既有裂隙深度，通过地质勘探探明(m)。[0027]在步骤二中，测量水头高度h1(即隧道主体结构顶面至水面距离)、隧道拱腰最大宽度d，根据岩层隔水和渗透作用系数η、岩石的坚固性系数f、安全余量c，计算出考虑岩层隔水和渗透作用的安全保护层厚度H2：
[0028][0029][0030]
在公式(2)中：h1：水头高度，取隧道主体结构顶面至水面距离(m)；
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CN 111441822 A[0031]
说 明 书
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d：隧道拱腰最大宽度(m)；
[0032]η：岩层隔水和渗透作用系数，取样试验求得，0＜η≤1；[0033]f：岩石的坚固性系数，查表或取样试验求得；[0034]c：安全余量，取5m。[0035]在步骤三中，根据地基系数k、单个最危险药包的最小抵抗线p，计算出钻爆引起的围岩松动圈导水裂隙长度h：
[0036]
在公式(3)中：
[0038]k：地基系数，地质钻探取样试验求得；[0039]p：单个最危险药包的最小抵抗线；[0040]F(n)：相应药包爆破指数的函数，炸药供应商提供。[0041]在步骤四中，通过计算出的隧道结构顶部软弱土质覆盖层和基岩表层既有裂隙深度H1、考虑岩层隔水和渗透作用的安全保护层厚度H2、钻爆引起的围岩松动圈导水裂隙长度h，计算出矿山法隧道合理埋深D：[0042]D＝H1+H2+h......公式(4)；[0043]在公式(4)中：[0044]D：矿山法隧道合理埋深(m)；[0045]H1：隧道结构顶部软弱土质覆盖层和基岩表层既有裂隙深度(m)；[0046]H2：考虑岩层隔水和渗透作用的安全保护层厚度(m)；[0047]h：钻爆引起的围岩松动圈导水裂隙长度(m)。
[0048]本发明的一种水下矿山法隧道合理埋深计算方法，适用于所有岩质地层水下矿山法隧道，综合考虑了矿山法隧道结构顶部软弱覆盖层和基岩表面既有裂隙深度、考虑岩层隔水和渗透作用的安全保护层厚度、钻爆引起的围岩松动圈导水裂隙长度等关键参数确定的合理埋深计算方法；避免了传统的经验类比法确定的隧道埋深受主观性影响较大的缺点；通过本发明方法确定的水下矿山法隧道埋深统筹考虑了围岩能隔水，但仍然有渗透性的特点，在确保隧道顶部覆盖层安全的前提下，使矿山法隧道施工期间防水、排水不再是影响隧道施工进度的主要因素之一，也可大大降低隧道运营期间排水费用。[0049]以上借助具体实施例对本发明做了进一步描述，但是应该理解的是，这里具体的描述，不应理解为对本发明的实质和范围的限定，本领域内的普通技术人员在阅读本说明书后对上述实施例做出的各种修改，都属于本发明所保护的范围。
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说 明 书 附 图
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图1
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