专利名称：放水试验法预测铁路岩溶隧道充水溶腔涌水量的方法
技术领域：
本发明涉及溶腔涌水量预测方法，尤其涉及一种放水试验法预测铁路岩溶隧道充 水溶腔涌水量的方法。该项技术适用于深埋复杂岩溶隧道充水溶腔的涌水量预测和为隧道 采用释能降压法处理溶腔提供可靠技术依据。
背景技术：
铁路岩溶隧道充水溶腔的涌水量〔即岩溶水储存量，包括其容积储存量(静储 量)、地下水径流量(动储量)〕难以确定，它受溶腔本身不规则的空间形态、地下水的补给 量及溶腔的排泄量等诸多因素控制，“看不见，摸不着”。而要掌握溶腔的水文地质边界条 件，需要众多勘探手段、耗费大量的人力和时间，即使如此，受人的认识和客观条件的限制， 也很难全面掌握溶腔复杂的水文地质边界条件。但隧道施工过程中遭遇充水溶腔时，要求 及时、并尽可能准确地提供溶腔岩溶水储存量数据，以便制定相应的处理措施排除溶腔内 地下水进行施工。在本发明提出之前还没有有效方法来预测岩溶隧道充水溶腔涌水量。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述背景技术存在的不足，提出一种在充水溶腔的空间 形态及其复杂的水文地质边界条件未知情况下，利用放水试验法预测铁路岩溶隧道充水溶 腔涌水量的方法，使其能利用预测结果指导隧道施工。社会的、经济的或自然科学中的变量，都会受到各种因素的影响，因而它们的时间 序列就是这些因素影响的总结果，表现为动态变动。当在一段时期内，预测对象依时间变化 呈现某种上升或下降的趋向，并且无(明显的)季节变化、循环变动，则可以找到一个适当 的数学函数模型来反映这种变化趋势，即以时间t为自变量，时间序列y为因变量，建立趋 势模型yt = fit)当认为这种趋势可以延伸至未来时，给定时间t的未来值，将其代入模型可以得 到相应时刻的时间序列变量的预测值〔正、反演均可〕。这就是基于时间序列分析的趋势分 析法。本发明遵循这一科学原理，提出如下技术方案放水试验法预测铁路岩溶隧道充 水溶腔涌水量的方法，其特征在于，该方法步骤如下1)利用岩溶隧道充水溶腔的超前地质探孔作为放水孔，进行放水，放水孔孔口安 装阀门控制放水量，并安装压力表测量溶腔内的水压变化；2)定时观测记录放水量、水压，建立放水量、水压随时间变化趋势的数学函数模 型；3)利用趋势模型预测不同水压力下相应的放水量和时间的未来值；4)依据放水量、溶腔疏干时间等动态性趋势分析成果，确定抽、排水设施，制定相应的溶腔处理方案或措施，安排疏干溶腔、隧道继续掘进的施工工期。本发明根据放水试验数据，建立放水量、水压与时间变化趋势模型，利用趋势模型 得到不同水压力相应的放水量和时间的未来值。该方法简单、实用、快速，试验成果可靠，能及时、有针对性地为隧道设计、施工采 用“释能降压法”处理富水溶腔提供准确的数据。对类似富水溶腔处理具有借鉴作用和推 广价值。
图1是齐岳山隧道629溶腔放水总量与水压关系曲线图。
具体实施例方式放水试验法预测铁路岩溶隧道充水溶腔涌水量的方法是在充水溶腔的空间形态 及其复杂的水文地质边界条件未知情况下，通过有控制的放水过程中实际观察得到的溶腔 放水量、水压力、时间等要素，应用趋势分析法建立反映放水量、水压力、时间三者之间变化 趋势的数学模型，从而预测铁路岩溶隧道充水溶腔涌水量的一种新型方法。具体实施时，在隧道掌子面向溶腔打入适量的钻孔，进行控制性放水，定时记录其 放水量、水压〔水头高度〕，并观察其变化规律，当观察数据积累到一定的样本数时，即可建 立放水量、水压与时间变化的趋势模型，模型经检验合格后，利用趋势模型得到不同水压力 相应的放水量和时间的未来值。同时，随着放水试验的进行，不断有新的观察数据加入进 来，则需阶段性的建立新的趋势模型，实施动态性的管理，预测更新的放水量、水压或时间 的未来值，直至达到放水试验的预期目的。本发明所述方法应用在宜万铁路齐岳山隧道“DK363+629”里程充水溶腔处理过程 中，预测值与实际放水量、放水时间基本一致，在预测的时间内达到了疏干该富水溶腔的效 果，使隧道掘进工作得以如期顺利向前推进。以下是本发明在宜万铁路齐岳山隧道“DK363+629”里程充水溶腔处理过程中应用 实施例宜万铁路穿越深山峻岭、地形险峻、沟壑纵横、地质复杂，是我国铁路建设史上地 质最复杂、施工最困难的一条铁路，尤其是野三关、大支坪、云雾山、马鹿箐、齐岳山等长大 深埋岩溶隧道，其水文地质条件复杂，岩溶及地下水发育，施工风险巨大，被国内专家定为I 类风险隧道。在如此复杂的地质环境下修建隧道，被工程界、地质界多位院士和专家称为世 界级难题。本申请人在宜万铁路齐岳山隧道施工至DK363+629遭遇大型富水溶腔，施工遇 阻，若采取释能降压法施工，需知溶腔的岩溶水储存量，所以溶腔岩溶水储存量预测正确与 否关系到隧道施工的风险和效果。齐岳山隧道DK363+629溶腔发育于二叠系上统长兴组(P2e)灰岩中，近垂直隧道发 育，溶腔埋深约650m。溶腔东侧为吴家坪(P2w)页岩及煤系地层，西侧为大冶组(Tld)页岩、 泥灰岩，处于两相对阻水层之间，地表为岩溶槽谷。溶腔形态复杂、地下水丰富。放水试验隧道从正反两个方向施工至“629溶腔”附近，在正、反向不同掌子面对 溶腔进行了共60探孔，对每个探孔安装阀门，其中2个深入溶腔地下水中的探孔安装水压表(不放水)，其它探孔进行控制性地放水试验。2006年9月和2009年11月对该溶腔进行了两次放水试验，根据放水试验数据，对 放水量与水压变化进行了趋势分析，并预测了水压降至0. OlMPa时〔疏干〕需排放的水量。 溶腔放水量与水压关系曲线见图1。预测溶腔水压下降的放水水量及排放时间如下表629溶腔放水时间、水压 放水量相关分析及预测
权利要求
1.放水试验法预测铁路岩溶隧道充水溶腔涌水量的方法，其特征在于，该方法步骤如下1)利用岩溶隧道充水溶腔的超前地质探孔作为放水孔，进行放水，放水孔孔口安装阀 门控制放水量，并安装压力表测量溶腔内的水压变化；2)定时观测记录放水量、水压，建立放水量、水压随时间变化趋势的数学函数模型；3)利用趋势模型预测不同水压力下相应的放水量和时间的未来值；4)依据放水量、溶腔疏干时间等动态性趋势分析成果，确定抽、排水设施，制定相应的 溶腔处理方案或措施，安排疏干溶腔、隧道继续掘进的施工工期。
全文摘要
本发明涉及放水试验法预测铁路岩溶隧道充水溶腔涌水量的方法，其特征在于，该方法步骤如下1)利用岩溶隧道充水溶腔的超前地质探孔作为放水孔，进行放水，放水孔孔口安装阀门控制放水量，并安装压力表测量溶腔内的水压变化；2)定时观测记录放水量、水压，建立放水量、水压随时间变化趋势的数学函数模型；3)利用趋势模型预测不同水压力下相应的放水量和时间的未来值；4)依据放水量、溶腔疏干时间等动态性趋势分析成果，确定抽、排水设施，制定相应的溶腔处理方案或措施，安排疏干溶腔、隧道继续掘进的施工工期。该方法简单、实用、快速，试验成果可靠，能及时、有针对性地为隧道设计、施工采用“释能降压法”处理富水溶腔提供准确的数据。
文档编号E21B47/10GK102003175SQ20101054079
公开日2011年4月6日 申请日期2010年11月12日 优先权日2010年11月12日
发明者刘坡拉, 姚建伟, 康承磊, 徐红星, 曾强运, 汪继锋, 石碧波, 邬强, 陈爱云, 顾湘生, 黄新连 申请人:中铁第四勘察设计院集团有限公司