[发明专利]双模态盾构隧道下穿水库引起导水裂隙带高度的预测方法

权利要求书

1.双模态盾构隧道下穿水库引起导水裂隙带高度的预测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤A、地面钻孔提取岩样，确定上覆岩的类别及各岩层厚度：勘探与测定各岩层基本物理力学参数，包括各岩层中间层层位高度h、相关隧道埋深以及隧道孔径大小；

步骤B、将隧道上覆岩进行等量划分：根据步骤A测定的各岩层基本物理力学参数，将隧道上方岩层特定高度为一个岩层厚度进行等量划分；

步骤C、计算隧道开挖充分扰动角及扰动边界角：依据隧道上覆岩的岩性，基于P系数法，求得隧道开挖扰动边界角δ₀，依据岩层中间层至隧道中心点的距离与隧道半径，得到充分开挖充分扰动角的正切值，进而得到开挖充分扰动角ψ₀；

步骤D、计算各个岩层中间层的最大下沉量；

步骤E、计算各岩层中间层层向拉伸率：将岩层变形曲线分为中部的近似水平段与两侧边缘的曲线拉伸段，计算确定各个岩层中间层层向拉伸率，；

步骤F、拟合岩层层向拉伸率与岩层层位高度关系曲线，选择岩层层向拉伸率区域平缓的点对应的岩层层位位置即为导水裂隙带的发育高度，进而实现对隧道下穿水库引起的导水裂隙带发育高度预警。

2.根据权利要求1所述的双模态盾构隧道下穿水库引起导水裂隙带高度的预测方法，其特征在于：所述步骤A中，各岩层中间层层位高度h通过以下方式获得：

其中为下位岩层厚度总和，h₀为岩层厚度。

3.根据权利要求1所述的双模态盾构隧道下穿水库引起导水裂隙带高度的预测方法，其特征在于：所述开挖充分扰动角ψ₀通过以下方式获得：

其中，h为某岩层中间层距隧道拱顶的距离，D为隧道直径。

4.根据权利要求1所述的双模态盾构隧道下穿水库引起导水裂隙带高度的预测方法，其特征在于：所述步骤C中，隧道开挖扰动边界角δ₀的确定通过以下方式：

隧道开挖边界扰动角的正切值与岩性的关系如下：

岩性坚硬：P取0-0.3，隧道开挖边界扰动角的正切值为1.0-1.8；

岩性中硬：P取0.3-0.7，隧道开挖边界扰动角的正切值为1.5-2.5；

岩性软弱：P取0.7-1.1，隧道开挖边界扰动角的正切值为2.2-2.5。

5.根据权利要求1所述的双模态盾构隧道下穿水库引起导水裂隙带高度的预测方法，其特征在于：所述步骤D中，岩层中间层最大下沉量采用下列公式计算

w₀＝D·q (3)

q＝-0.00043h+0.67±0.05 (4)

其中：D为隧道直径，q为岩层下沉系数。

6.根据权利要求1所述的双模态盾构隧道下穿水库引起导水裂隙带高度的预测方法，其特征在于：所述步骤E中，岩层中间层层向拉伸率ε采用以下公式：

ε＝(l₁-l₀)/l₀ (5)

l₀＝h·(cotδ₀+cotψ₀) (6)

其中：l₀为岩层中间层弯曲变形前的长度，l₁为岩层中间层弯曲变形后的曲线段弧长。