申请/专利权人：哈尔滨工业大学;哈尔滨工业大学重庆研究院;中铁十七局集团第四工程有限公司

申请日：2023-11-29

公开（公告）日：2024-04-02

公开（公告）号：CN117808285A

主分类号：G06Q10/0635

分类号：G06Q10/0635;G06Q10/0639;G06Q50/02

优先权：

专利状态码：在审-公开

法律状态：2024.04.02#公开

摘要：一种岩溶隧道围岩－瓦斯联合影响施工风险评价方法，涉及隧道施工风险评价技术领域。获取评价指标，包括围岩等级、煤矿采空区位置、隧道设计断面、隧道全长、埋深、隧道所处瓦斯区段、煤层厚度、隧道风机设置情况和有害气体涌出位置，考虑岩溶发育程度对围岩稳定性的不利影响在[BQ]值围岩分级方法基础上修正分级指标，探测记录瓦斯有害气体，之后对评价指标进行分类和分级，然后计算评价指标权重，最后叠加围岩稳定性和瓦斯灾害风险等级两套评价体系建立隧道综合施工风险等级评价模型。将隧道施工风险分为围岩稳定性风险和瓦斯灾害风险，结合数值模拟确定各评价指标的权重，实现岩溶隧道综合施工风险的分级与评价。

主权项：1.一种岩溶隧道围岩－瓦斯联合影响施工风险评价方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一：评价指标获取获取评价指标，包括围岩等级、煤矿采空区位置、隧道设计断面、隧道全长、埋深、隧道所处瓦斯区段、煤层厚度、隧道风机设置情况和有害气体涌出位置，其中，在[BQ]值围岩分级方法基础上，考虑岩溶发育程度对围岩稳定性的不利影响，按下式修正分级指标：BQ＝90+3Rc+250KvKBQ＝BQ1-θw式中，BQ为按[BQ]值围岩分级方法计算得到的分级指标，Rc为岩体单轴饱和抗压强度，Kv为岩体完整性指数，KBQ为修正后的分级指标，θw为岩溶折减系数，根据下式计算：θw＝0.3Cw+0.7Kw式中，Cw为岩溶发育程度指标，根据下式计算：Cw＝C1+C2+C3+C4+C5其中，C1为岩性指标，C2为地质构造指标，C3为地下水循环指标，C4为地表水和气候指标，C5为地形地貌指标；Kw为岩溶发育对围岩稳定性影响指标，根据下式计算： 其中，K1为岩溶发育形态指标，K2为溶洞位置指标，K3为溶洞距离隧道最小距离指标，K4为溶洞大小指标，K5为溶洞充填物指标，K6为岩溶水指标；同时对隧道进行全断面超期探测，若探测到瓦斯有害气体，记录并确定有害气体的涌出位置和涌出情况；步骤二：指标分类和分级将围岩等级、煤矿采空区位置、隧道设计断面、隧道全长和埋深作为围岩稳定性风险评价指标；将隧道设计断面、隧道全长、埋深、隧道所处瓦斯区段、煤层厚度、隧道风机设置情况和有害气体涌出位置作为瓦斯灾害风险评价指标；围岩稳定性风险评价指标的分级包括：根据围岩等级中Ⅳ和Ⅴ级围岩占比r进行分级，其中围岩等级通过步骤一中的KBQ重新分级，若r＞70％或Ⅳ和Ⅴ级围岩一次最长距离大于30m，定义分值为4；若40％＜r≤70％或Ⅳ和Ⅴ级围岩一次最长距离位于区间20～30]m，定义分值为3；若20％＜r≤40％或Ⅳ和Ⅴ级围岩一次最长距离位于区间10～20]m，定义分值为2；若r≤20％或Ⅳ和Ⅴ级围岩一次最长距离小于等于10m，定义分值为1；根据煤矿采空区位置进行分级，当隧道位于采空区上方时，定义分值为3～4；当隧道位于采空区下方时，定义分值为1～2；根据隧道设计断面进行分级，当断面为单洞三车道及以上时，定义分值为4；当断面为单洞双车道时，定义分值为3；当断面为单洞单车道时，定义分值为1～2；根据隧道全长进行分级，若全长大于3000m，定义分值为4；若全长位于区间1000，3000]m，定义分值为3；若全长位于区间500，1000]m，定义分值为2；若全长小于等于500m，定义分值为1；根据埋深进行分级，若隧道埋深大于500m，定义分值为4；若隧道埋深位于区间300，500]m，定义分值为3；若隧道埋深位于区间100，300]m，定义分值为2；若隧道埋深小于等于100m，定义分值为1；瓦斯灾害风险评价指标包括：根据隧道设计断面进行分级，当断面为单洞三车道及以上时，定义分值为4；当断面为单洞双车道时，定义分值为3；当断面为单洞单车道时，定义分值为1～2；根据隧道全长进行分级，若全长大于3000m，定义分值为4；若全长位于区间1000，3000]m，定义分值为3；若全长位于区间500，1000]m，定义分值为2；若全长小于等于500m，定义分值为1；根据隧道风机设置情况进行分级，若为自然通风，定义分值为4；若为纵向或横向通风，定义分值为2～3；若为混合式通风，定义分值为1；根据有害气体涌出位置进行分级，若为全段不利位置，定义分值为3～4；若为局部不利位置，定义分值为1～2；根据隧道所处瓦斯区段进行分级，若为高瓦斯带，定义分值为4；若为低瓦斯带，定义分值为3；若为瓦斯区中非瓦斯带，定义分值为2；若为非瓦斯区，定义分值为1；根据埋深进行分级，若隧道埋深大于500m，定义分值为4；若隧道埋深位于区间300，500]m，定义分值为3；若隧道埋深位于区间100，300]m，定义分值为2；若隧道埋深小于等于100m，定义分值为1；根据煤层厚度进行分级，若厚度大于3.5m，定义分值为4；若厚度位于区间1.3，3.5]m，定义分值为3；若厚度位于区间0.4，1.3]m，定义分值为2；若厚度小于等于0.4m，定义分值为1；步骤三：计算指标权重利用数值模拟软件设计正交方案，分别确定围岩稳定性和瓦斯灾害风险等级两套评价体系的指标权重，包括：依据围岩稳定性风险评价指标的分级，对不同工况组合下开展数值模拟分析，根据模拟结果，认定所有测点位移均小于4cm为低风险，至少1个测点位移大于4cm为中风险，至少2个测点位移大于5cm为高风险，至少2个测点位移大于7cm为极高风险，并计算得出不同评价指标的权重；依据瓦斯灾害风险评价指标的分级，对不同工况组合下开展数值模拟分析，根据模拟结果，认定绝对瓦斯涌出量等于0m3min时为低风险，0m3min绝对瓦斯涌出量0.5m3min为中风险，0.5m3min≤绝对瓦斯涌出量≤3m3min时为高风险，绝对瓦斯涌出量3m3min为极高风险，并计算得出不同评价指标权重；步骤四：建立隧道综合施工风险等级评价模型通过步骤三得到的不同评价指标的权重，叠加围岩稳定性和瓦斯灾害风险等级两套评价体系，包括：围岩稳定性风险等级计算表达式如下：S1＝a1A+a2B+a3C+a4D+a5E式中，S1为围岩稳定性风险等级，A为围岩等级对应的分值，a1为其权重，B为煤矿采空区位置对应的分值，a2为其权重，C为隧道设计断面对应的分值，a3为其权重，D为隧道全长对应的分值，a4为其权重，E为埋深对应的分值，a5为其权重；瓦斯灾害风险等级计算表达式如下：S2＝b1F+b2G+b3H+b4I+b5J+b6L+b7M式中，S2为瓦斯灾害风险等级，F为隧道设计断面对应的分值，b1为其权重，G为隧道全长对应的分值，b2为其权重，H为隧道风机设置情况对应的分值，b3为其权重，I为有害气体涌出位置对应的分值，b4为其权重，J为隧道所处瓦斯区段对应的分值，b5为其权重，L埋深对应的分值，b6为其权重，M为煤层厚度对应的分值，b7为其权重；S1和S2分别取值1-4则对应风险等级分别为由低到高的4个等级，依据叠加原理得到隧道综合施工风险等级评价模型。

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