一种大埋深隧道突涌隐患程度三层次循环递进量化方法

摘要

一种大埋深隧道突涌隐患程度三层次循环递进量化方法；当隧道的埋深h

说明书

技术领域

本发明涉及隧道与地下工程突涌隐患程度量化分析方法，具体涉及一种大埋深隧道突涌隐患程度三层次循环递进量化方法。

背景技术

大埋深隧道爆发了突涌灾害，宏观现象分别有：涌水或突泥，或涌水突泥混合。灾害程度有大有小，情况各异。

大埋深隧道突涌灾害宏观现象与隐患程度是对应的，量化隐患程度可推断灾害宏观情况的可能性，发生了灾害宏观现象则可反推隐患程度。准确预测大埋深隧道突涌隐患，既是治理隐患的关键，也是治理后开挖决策的关键。

传统上，仅使用水文地质某些特征数值量化隐患，如表2-6是《公路隧道施工技术细则》(JTG/T F60-2009)的涌水量对应涌水涌泥灾害程度分级，灾害程度的大小仅与单纯的水量相关联，没有显示出与隧道轮廓面积大小、施工扰动围岩环境变化等主要因素相关，实践证明，正是关联因素缺失，导致判断往往有失水准，只有在对单纯的涌水隐患的预测，虽稍有一定对应性，但是准确率不高，若用于突泥、涌水突泥混合的预测，则准确率更低。传统方法的问题主要是一层量化而带来诸多关联因素缺失，从而导致可应用性差。

表1：涌水涌泥灾害程度与涌水水量的分级

注：上表中的水量系指隧道巷道内的单位小时涌水量。

大埋深隧道突涌灾害由水文地质、隧道轮廓面积大小、施工扰动围岩环境变化等主要因素构成的，要使量化分析达到可靠，必需将水文地质与环境变化因素综合。

直至目前，尚无将水文地质与环境变化因素综合用以量化估算大埋深隧道突涌隐患程度的方法，为此，有必要提出一种将水文地质与环境变化因素综合用以量化估算大埋深隧道突涌隐患程度的方法，由局部到整体，将诸多因素予以综合，层层相连，以帮助设计与施工人员更科学、全面、准确地确定大埋深隧道突涌隐患程度，以确保施工人员与财产的安全。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种大埋深隧道突涌隐患程度三层次递进量化方法。该估算方法能够帮助设计与施工人员更科学、全面、准确地确定大埋深隧道突涌隐患程度，并在实施上取得更好的成效。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种大埋深隧道突涌隐患程度三层次循环递进量化方法；当隧道的埋深h_埋>40r，或h_埋>20B，称该隧道为大埋深隧道；大埋深隧道突涌隐患程度的第一层次量化，是先确定地质块的突涌源形态系数J_深；第二层次的量化，是将J_深与大埋深隧道断面的施工扰动因素加以综合，得到大埋深隧道等效断面突涌烈度G_深；第三层次的量化，是依据大埋深隧道施工纵向影响长度L_纵和等效断面突涌烈度G_深，估算大埋深隧道掌子面爆发突涌灾害的危险程度W_深；三层次量化由地质块到断面再到段落，由局部到整体，量化、评估、治理循环递进，逐步把各段的突涌隐患消灭；

以上所述的三层次递进量化的方法具体步骤如下：

步骤1、大埋深隧道突涌隐患程度的第一层量化；其方法是：

(1)大埋深隧道的定义

设隧道埋深以h_埋表示；设隧道开挖轮廓半径以r表示，设隧道开挖宽度以B表示；

若5r≤h_埋≤40r，或2.5B≤h_埋≤20B，称该隧道为一般埋深隧道；

若h_埋>40r，或h_埋>20B，称该隧道为大埋深隧道；

(2)定义地质块的概念

大埋深隧道地下环境往往复杂多变且不均匀，各个区域环境水文地质条件构成未必相同，但是将范围缩小到一定程度，总可以找到一块水文地质条件均匀的区域；在具有相同水文地质条件的区域的条件下，该区域可以视为均质的地质块，比如，水压力、围岩强度、组成粒径指标或参数基本一致的区域视之为一个地质块；某块地质块有大有小，小至仅占据大埋深隧道某些部位，大至占据大埋深隧道一定区域；

(3)地质块的大埋深隧道突涌隐患程度

地质块的大埋深隧道突涌隐患程度，与水压压力成正比，与大埋深隧道围岩强度成反比，并与围岩组成颗粒级配修正系数相关，可用J_深表示，称为大埋深隧道突涌源形态系数，大埋深隧道突涌源形态系数J_深的计算公式为：

J_深＝ε_深×(P_深水/R_深围)；式中：

J_深—为大埋深隧道突涌源形态系数，属于无纲量指标；

ε_深—为大埋深隧道围岩颗粒级配修正系数，属于无纲量指标；对于非粉细砂性土、岩石，暂定取值为1.05；粉细砂取值为1.15；

P_深水—为大埋深隧道某部位围岩地下水水压力，计量单位：MPa；

R_深围—为大埋深隧道某部位围岩轴心抗压强度，计量单位：MPa；

A、如果大埋深隧道是腔洞或溶洞，计算J_深值时，水压与大埋深隧道围岩强度的取值按如下方法：

①大埋深隧道为纯充水腔洞时，水压取腔洞核心区的水压，大埋深隧道围岩强度取腔洞

壁向外2米的围岩强度；

②大埋深隧道为充水充泥腔洞时，水压腔洞取核心区的水压，大埋深隧道围岩强度取腔洞核心区土体的强度，如果土体强度数值比水压低，则大埋深隧道围岩强度取腔洞壁向外2米的围岩强度；

③大埋深隧道为无水腔洞时，水压统一取0.5MPa，大埋深隧道围岩强度取腔洞壁向外2米的围岩强度；

B、大埋深隧道水文地质数据采集办法:

通过对大埋深隧道实际勘察与试验获得地下水的水压与大埋深隧道围岩强度数据：

①采用常规勘探手段，钻探、坑探、无损探测及超前预报一个以上的组合获取大埋深隧道围岩强度数据，通过抗压试验、触探试验、承载力试验、波速测试方法获得或转换得到大埋深隧道围岩强度；

②通过以下其中一种方法获得水压数据：钻孔引排水并测量水压，孔隙水压测量仪器测量水压，灌水或灌浆压力致裂法测量水压，测量水位差转换为水压；

③通过常规岩性分析，推断大埋深隧道围岩颗粒级配修正系数ε_深。

(4)大埋深隧道突涌源形态系数J_深值的量化与分类

表2：大埋深隧道突涌形态类型与大埋深隧道突涌源形态系数区间关系表

步骤2：大埋深隧道突涌隐患程度的第二层次量化；其方法是：

(1)确定大埋深隧道的等效断面

对于圆形大埋深隧道，见图1，当大深埋隧洞某掌子面的大埋深隧道围岩被开挖时，其断面出现应力-应变调整，根据断面应力-应变调整关系，将圆形大埋深隧道调整半径范围为5r的圆形大埋深隧道断面确定为圆形大埋深隧道的等效断面，见图2；

对于非圆形大埋深隧道，则以大埋深隧道断面的中心为圆心，以开挖轮廓线距离圆心的最大距离为半径r，绘制得一个小圆形，再以该小圆的圆心为中心，以半径为5r绘制一个大圆，则该大圆确定为非圆形大埋深隧道的等效断面，详见图3、图4；

(2)对大埋深隧道等效断面进行分区并赋值，包括以下情形的区分；

①大埋深隧道等效断面的力学分区

将大埋深隧道等效断面分为三个力学区：塑性大变形区A_深、塑性小变形区B_深、弹塑性区C_深，详见图5；

②大埋深隧道等效断面的几何分区

将大埋深隧道等效断面划分为25个分区，每个分区的大小为2r×2r的正方形，25个几何分区组合得到了一个10r×10r的大正方形，该大正方形于半径为5r绘制一个大圆相切并接近于该大圆，所以，大正方形也称为大埋深隧道等效断面，详见图6；

(3)对大埋深隧道各等效断面分区进行力学变形赋值

根据大埋深隧道位移变形测量数据统计，确定C_深区的变形速率小于0.1mm/d；B_深区的变形速率为0.1～1.0mm/d；A_深区的变形速率大于1.0mm/d，严重时大于5.0mm/d。再根据变形速率的量级对大埋深隧道各等效断面分区进行赋值，建立大埋深隧道等效断面的各分区赋值表；

A_深区的最小变形速率是C_深区最大变形速率的10⁺¹倍，若C_深区变形速率的量级基准确定为10，即10⁺¹，则A_深区的变形速率的量级就为10⁺²；A_深区的变形速率有2个等级，则其变形速率量级中值数就为(100+500)/2＝300；B_深区居于A_深区最小变形速率与C_深区最大变形速率之间，则B_深区的变形速率量级的中值数就为(10+100)/2＝55；

(4)对大埋深隧道各等效断面分区进行水影响的赋值调整

大埋深隧道等效断面调整分区水影响的赋值分为两种：

第一种是按上部、下部的重要性调整隧道所在列的分区的赋值，以大埋深隧道的位置为基准，重要性系数取为1.0，每上升一个分区系数提高0.2，每下降一个分区系数降低0.2；

第二种是按与大埋深隧道距离的大小调整其它列的分区的赋值，以大埋深隧道位置的那列为基准，远离一个分区，下降系数0.2；

(5)大埋深隧道内核细分区与赋值

大埋深隧道内核可以再细分区，根据上下的重要性赋值，可以百分比数值赋值；

(6)大埋深隧道各分区的赋值成果，详见图7；

(7)建立大埋深隧道各分区的突涌强度

大埋深隧道各分区的突涌强度依据以下公式计算：

Q_深i＝J_深i×Ν_深i×ξ_深；式中：

Q_深i—分区的突涌强度，表示分区突涌源形态的显著程度，无量纲；

J_深i—为分区对应的大埋深隧道突涌源形态系数，J_深i值的取值范围为0≤J_深i≤10^-1，当J_深i＞10^-1时，J_深i值一律取值为1×10^-1；

Ν_深i—为大埋深隧道对应的分区赋值；

ξ_深—为大埋深隧道等效断面各分区的边界影响系数，ξ_深按如下情况对应取值：

①当分区的边界为充水充泥腔洞，分区位于拱顶上部时ξ_深取1.3，分区位于与隧道同一高程处时ξ_深取1.20，分区位于隧道之下时ξ_深取1.15；

②当分区的边界为充水腔洞，分区位于拱顶上部时ξ_深取1.20，分区位于与隧道同一高程处时ξ_深取1.15，分区位于隧道之下时ξ_深取1.13；

③当分区的边界为干腔洞，分区位于拱顶上部时ξ_深取1.15，分区位于与隧道同一高程处时ξ_深取1.13，分区位于隧道之下时ξ_深取1.05；

④当分区的边界为非腔洞时，ξ_深取1.05；

(8)建立等效断面突涌强度公式

将隧道等效断面内全部25个分区的突涌强度相加，得到隧道等效断面的总突涌强度，

Q_深总＝∑Q_深i＝∑(J_深i×Ν_深i×ξ_深)；式中：

Q_深总—为隧道实际等效断面的总突涌强度，无量纲；

Q_深i—为分区的突涌强度，无量纲；

J_深i—为分区对应的大埋深隧道突涌源形态系数；

Ν_深i—为大埋深隧道对应的分区赋值；

ξ_深—为大埋深隧道等效断面各分区的边界影响系数；

(9)确定隧道基准等效断面；

当隧道等效断面内25个分区的大埋深隧道突涌源形态系数J_深值均为10^-2时，则该隧道等效断面为隧道基准等效断面，隧道基准等效断面的总突涌强度为7.86；

(10)建立隧道等效断面的突涌烈度

建立大埋深隧道等效断面的突涌烈度的计算公式为：

G_深＝(Q_深总-Q_深基准)/Q_深基准＝(Q_深总-7.86)/7.86；式中：

G_深—为大埋深隧道等效断面的突涌烈度，是表示相对于隧道基准等效断面，隧道实际等效断面突涌隐患的相对强弱程度，属于无纲量；

Q_深总—为隧道实际等效断面的总突涌强度，无量纲；

Q_深基准—为隧道基准等效断面的总突涌强度，取值为7.86；

(11)建立三类单元断面

非突涌断面、过渡断面、突涌隐患断面三类单元断面的建立，其中各单元断面的突涌烈度G_深值分别为：

非突涌断面：-100％≤G_深＜0；

过渡断面：0≤G_深≤+64％；

一般突涌隐患断面：+64％＜G_深≤+900％；

特殊突涌隐患断面：G_深＞+900％；

步骤3：大埋深隧道突涌隐患程度的第三层次量化

大埋深隧道突涌隐患程度的第三层次量化，其方法是：

(1)提出突涌单元区的概念

大埋深隧道某段落由无数个等效断面组成，若其中某大埋深隧道等效断面的突涌烈度G_深经排序后确定为最大值，设定该等效断面能够代表某段落，则大埋深隧道某段落的突涌隐患程度就等于G_深；

若某大埋深隧道区段的代表等效断面的突涌烈度为G_深，则大埋深隧道突涌单元区的区分有如下情形：

当-100％≤G_深＜0时，为非突涌区；

当0≤G_深≤+64％时，称为突涌过渡区；

当+64％＜G_深≤+900％时，称为一般突涌隐患区；

当G_深＞+900％时，称为特殊突涌隐患区；

(2)建立大埋深隧道掌子面突涌灾害爆发基本模型

①一般的大埋深隧道突涌灾害爆发基本模型

当每个大埋深隧道段落由非突涌区、突涌过渡区、突涌隐患区三个突涌单元区组成，突涌灾害总是在突涌过渡区就提前爆发，不会等到掘进深入突涌隐患区后才爆发，详见图8；

②特殊的大埋深隧道突涌灾害爆发基本模型

当每个大埋深隧道段落由非突涌区、突涌隐患区两个突涌单元区组成，突涌灾害总是在接近突涌隐患区的非突涌区就提前爆发，不会等到掘进深入突涌隐患区后才爆发，详见图9；

(3)确定施工扰动纵向影响长度

①当每个大埋深隧道段落单元区组成情形与一般的隧道突涌灾害爆发基本模型一致时，在突涌过渡区内施工，施工扰动对前方的纵向影响长度L_纵为：

当隧道为一般埋深隧道，即5r≤h_埋≤40r或2.5B≤h_埋≤20B时，纵向影响长度为按一般埋深隧道的相关指标取值，因与大埋深隧道不相关，所以本发明不予专门说明；

当隧道为大埋深隧道，且40r<h_埋≤100r或20B<h_埋≤50B时，纵向影响长度L_纵为1.7B§_深，B为隧道开挖宽度，r为隧道开挖轮廓半径，§_深为围岩破碎程度调整系数，一般程度时§_深取值为1.0，严重时§_深取值为1.2；

当隧道为大埋深隧道，且h_埋>100r或h_埋>50B时，纵向影响长度L_纵为2.0B§_深，B为隧道开挖宽度，r为隧道开挖轮廓半径，§_深为围岩破碎程度调整系数，一般程度时§_深取值为1.0，严重时§_深取值为1.2；

②当每个大埋深隧道段落单元区组成情形与特殊的大埋深隧道突涌灾害爆发基本模型一致时，须先人为指定突涌过渡区，在人为指定的突涌过渡区内施工，施工对前方的纵向影响长度L_纵为：

当隧道为一般埋深隧道，即5r≤h_埋≤40r或2.5B≤h_埋≤20B时，纵向影响长度为按一般埋深隧道的相关指标取值，因与大埋深隧道不相关，所以本发明不予专门说明；

当隧道为大埋深隧道，且40r<h_埋≤100r或20B<h_埋≤50B时，纵向影响长度L_纵为1.1B§_深，B为隧道开挖宽度，r为隧道开挖轮廓半径，§_深为围岩破碎程度调整系数，一般程度时§_深取值为1.0，严重时§_深取值为1.2；

当隧道为大埋深隧道，且h_埋>100r或h_埋>50B时，纵向影响长度L_纵为1.3B§_深，B为隧道开挖宽度，r为隧道开挖轮廓半径，§_深为围岩破碎程度调整系数，一般程度时§_深取值为1.0，严重时§_深取值为1.2；

(4)纵向影响长度L_纵的修正

对纵向影响长度L_纵进行修正，得到修正的纵向影响基准长度；

①当每个大埋深隧道段落单元区组成情形与一般的大埋深隧道突涌灾害爆发基本模型一致时，修正纵向基准长度L_深修的计算公式为：

L_深修＝L_纵×(G_深隐1)/(900％-64％)；式中：

L_深修—为修正的纵向影响基准长度，计量单位：米；

L_纵—纵向影响长度，计量单位：米；当40r<h_埋≤100r或20B<h_埋≤50B时，纵向影响长度L_纵为1.7B§_深；当h_埋>100r或h_埋>50B时，纵向影响长度L_纵为2.0B§_深；B为隧道开挖宽度，r为隧道开挖轮廓半径；§_深为围岩破碎程度调整系数，一般程度时§_深取值为1.0，严重时§_深取值为1.2；

G_深隐1—为最靠近突涌过渡区的那个突涌隐患区的突涌烈度，无纲量；

②当每个大埋深隧道段落单元区组成情形与特殊的大埋深隧道突涌灾害爆发基本模型一致时，

修正的纵向影响基准长度L_修的计算公式为：

L_深修＝L_纵×(G_深隐1)/(900％-64％)；式中：

L_深修—为修正的纵向影响基准长度，计量单位：米；

L_纵—纵向影响长度，计量单位：米；当40r<h_埋≤100r或20B<h_埋≤50B时，纵向影响长度L_纵为1.1B§_深；当h_埋>100r或h_埋>50B时，纵向影响长度L_纵为1.3B§_深；B为隧道开挖宽度，r为隧道开挖轮廓半径；§_深为围岩破碎程度调整系数，一般程度时，§_深取值为1.0，严重时，§_深取值为1.2；

G_深隐1—为最靠近突涌过渡区的那个突涌隐患区的突涌烈度；

(5)确立掌子面爆发突涌灾害的危险程度计算公式

过渡区的修正纵向基准长度是用于防止超挖的，当剩余长度大于等于修正纵向基准长度时，不会爆发突涌灾害，危险程度为零或为负值；当剩余长度小于修正纵向基准长度时，剩余长度越小，爆发突涌灾害的危险程度越大；当剩余长度等于0米时，爆发突涌灾害的危险程度为100％，必然发生突涌灾害，因此，掌子面爆发突涌灾害的危险程度计算为：

①当每个大埋深隧道段落单元区组成情形与一般的大埋深隧道突涌灾害爆发基本模型一致时，计算公式为：

W_深＝(L_深修-L_深剩)/L_深修；式中：

W_深—为掌子面爆发突涌的危险程度，计量单位：％，W_深值取值为0～100％；

L_深修—为修正的纵向影响基准长度，计量单位：米；

L_深剩—为剩余长度，取值范围为0≤L_深剩≤L_深修，计量单位：米；

②当每个大埋深隧道段落单元区组成情形与特殊的大埋深隧道突涌灾害爆发基本模型一致时，计算公式为：

W_深＝(L_深修-L_深剩)/L_深修；式中：

W_深—为掌子面爆发突涌的危险程度，计量单位：％，W_深值取值为0～100％；

L_深修—为修正的纵向影响基准长度，计量单位：米；

L_深剩—为剩余长度，取值范围为0≤L_深剩≤L_深修，计量单位：米；

步骤4：隐患量治理与再量化循环递进

隐患量治理与再量化循环递进的方法是：

(1)评估目前掌子面的安危状态

将一组大埋深隧道分析单元段共划分为4个具体的区域：非突涌隐患区，突涌过渡区，突涌隐患区1，突涌隐患区2；目前的掌子面位置为D_深-D_深；若D_深B_深＝L_深修1，掌子面爆发突涌灾害的危险程度为0，处于临界状态，不能往前开挖；若D_深B_深>L_深修1，掌子面爆发突涌灾害的危险程度小于0，处于安全状态，可以再往前开挖；若D_深B_深<L_深修1，掌子面爆发突涌灾害的危险程度大于0，处于危险状态，需要立即封闭、加固掌子面；详见图10；

(2)对目前掌子面前方的突涌隐患区进行第一循环的治理

当D_深B_深≧L_深修1时，掌子面处于安全状态或临界状态下，突涌隐患区1在治理前的突涌烈度为G_深隐1前，拟定治理目标为G_{深隐1计划}；依据G_{深隐1计划}按步骤2就可反估突涌隐患区1的治理断面的临界半径(H_深+r)，即计划治理的临界范围，详见图11；

(3)对目前掌子面前方的治理区治理效果进行评估与开挖决策

当突涌隐患区1被治理后，突涌烈度变为G_深隐1后，若G_深隐1后>+64％，则判断治理质量不合格，需补充治理，详见图12；

若G_深隐1后≤+64％，判断治理质量合格；治理合格后，可以开挖，断面开挖从D_深-D_深到C_深-C_深，修正的基准长度与G_2深前有关，要确保C_深E_深≧L_深修2，即是第一循环的开挖最终的掌子面只能开挖到C_深-C_深断面的位置，详见图13；

(4)开始第二循环的治理、评估、开挖

对第一循环的治理区部分开挖后,目前的掌子面位置推进到C_深-C_深，开始第二循环的治理，对第二治理区的突涌烈度进行检验，若合格，就开始第二循环的开挖，如此循环下去，直至把突涌隐患区消除，详见图14。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、本发明与现有技术相比，能够充分考虑了大埋深隧道断面和区段水文地质分布不一定均匀、开挖轮廓面积大小、开挖所导致的纵横向影响等综合因素，能够较全面、准确地分层量化地质块、断面、段落的突涌隐患程度，并层层予以结合，在实施上取得更好的成效，为后续的治理提供依据。传统上仅凭水量指标来判断大埋深隧道隐患程度，因涌水量随作业与环境变化而变化，所以判断结论不可靠，并且单凭涌水量指标无法判断目前掌子面爆发突涌灾害的危险程度，无法将涌水量指标用于治理计划，无法用于判断治理质量是否合格，也难以用于开挖决策，更难以循环用于量化、评估、治理的环节。

2、使用本发明方法分析、治理突涌隐患或灾害，将获得较好的社会效益、经济效益和生态效益。

附图说明

附图1：为本发明圆形大埋深隧道半空间断面示意图，图中，圆形表示大埋深隧道开挖轮廓，顶部的阴影线表示地表；

附图2：为本发明圆形大埋深隧道等效断面示意图，图中，小圆形表示大埋深隧道开挖轮廓，大圆形表示圆形大埋深隧道等效断面，1表示大埋深隧道开挖轮廓的1倍半径,2表示大埋深隧道开挖轮廓的2倍半径,3表示大埋深隧道开挖轮廓的3倍半径,4表示大埋深隧道开挖轮廓的4倍半径,5表示大埋深隧道开挖轮廓的5倍半径；

附图3：为本发明矩形形状大埋深隧道等效断面示意图，图中，矩形表示大埋深隧道开挖轮廓面的实际形状，小圆表示矩形大埋深隧道简化为圆形隧道，大圆表示大埋深隧道等效断面，1r表示1倍大埋深隧道开挖半径，2r表示2倍大埋深隧道开挖半径，3r表示3倍大埋深隧道开挖半径，4r表示4倍大埋深隧道开挖半径，5r表示5倍大埋深隧道开挖半径；

附图4：为本发明直墙式大埋深隧道等效断面示意图，图中，矩形表示直墙式大埋深隧道开挖轮廓面的实际形状，小圆表示直墙式大埋深隧道简化为圆形隧道，大圆表示大埋深隧道等效断面，1r表示1倍大埋深隧道开挖半径，2r表示2倍大埋深隧道开挖半径，3r表示3倍大埋深隧道开挖半径，4r表示4倍大埋深隧道开挖半径，5r表示5倍大埋深隧道开挖半径；

附图5：为本发明大埋深隧道等效断面变形速率分区示意图，图中，最小的那个圆形表示大埋深隧道开挖轮廓，最大的那个圆形表示大埋深隧道等效断面，中间的那个圆形表示3倍开挖半径的区域，1表示大埋深隧道开挖轮廓的1倍半径,2表示大埋深隧道开挖轮廓的2倍半径,3表示大埋深隧道开挖轮廓的3倍半径,4表示大埋深隧道开挖轮廓的4倍半径,5表示大埋深隧道开挖轮廓的5倍半径；A_深区为大埋深隧道开挖轮廓范围，是塑性大变形区；B_深区为1倍半径与3倍半径的圆弧所组成的圆环，是塑性小变形区；C_深区为3倍半径与5倍半径的圆弧所组成的圆环，是弹塑性变形区；

附图6：为本发明25个轴对称分区及大埋深隧道等效断面示意图，图中，数字1表示1倍大埋深隧道开挖半径，数字2表示2倍大埋深隧道开挖半径，数字3表示3倍大埋深隧道开挖半径，数字4表示4倍大埋深隧道开挖半径，数字5表示5倍大埋深隧道开挖半径，小圆表示大埋深隧道开挖轮廓面，大圆表示大埋深隧道圆形等效断面，中圆表示弹塑性区与塑性区的分界，与大埋深隧道圆形等效断面相切的大正方形称为大埋深隧道正方形等效断面，该两等效断面统称为大埋深隧道等效断面，与小圆相切的小正方形是大埋深隧道等效断面轴对称分区之一，按对称原则还有24个轴对称分区；

附图7：为本发明等效断面分区及内核再细分区的力学变形相对量示意图，图中，最中间的4个小矩形表示大埋深隧道轮廓所在的分区，其余的24个中等的矩形表示等效断面按对称原则还有24个轴对称分区，24个分区和大埋深隧道轮廓所在分区一同组成了大埋深隧道等效断面，每格内的数字表示力学变形相对量；

附图8：为本发明一般的大埋深隧道突涌灾害爆发模型示意图，属于大埋深隧道纵向断面示意图，图中，G_深非表示非突涌隐患区，G_深过表示突涌隐患过渡区，G_深隐1表示邻近突涌隐患过渡区的第一段突涌隐患区，G_深隐2表示第二段突涌隐患区，G_深隐i表示第i段突涌隐患区；

附图9：为本发明特殊的大埋深隧道突涌灾害爆发模型示意图，属于大埋深隧道纵向断面示意图，图中，G_深非表示非突涌隐患区，G_深隐1表示邻近非突涌隐患区的第一段突涌隐患区，G_深隐2表示第二段突涌隐患区，G_深隐i表示第i段突涌隐患区；

附图10：为本发明一组大埋深隧道分析单元段示意图，属于大埋深隧道纵向断面示意图，图中，一组单元段由4个区域组成：非突涌区、突涌隐患过渡区、突涌隐患区1、突涌隐患区2，D_深-D_深断面是当前掌子面，G_深隐1前表示突涌隐患区1在治理前的突涌烈度，G_深隐2前表示突涌隐患区2在治理前的突涌烈度；

附图11：为本发明第一循环的治理计划示意图，属于大埋深隧道纵向断面示意图，图中，D_深-D_深断面是当前掌子面，B_深B_深-E_深E_深区域是被治理区，G_{深隐1计划}表示拟将突涌隐患区1的突涌烈度由G_深隐1前提升到G_{深隐1计划}，G_深隐2前表示突涌隐患区2在治理前的突涌烈度；

附图12：为本发明第一循环突涌隐患区1被治理后质量仍不合格的示意图，属于大埋深隧道纵向断面示意图，图中，G_深隐1后表示已将突涌隐患区1的突涌烈度由G_深隐1前提升到G_深隐1后，G_深隐1后>+64％表示被治理后质量仍不合格，G_深隐2前表示突涌隐患区2在治理前的突涌烈度；

附图13：为本发明第一循环突涌隐患区1被治理后质量合格的示意图，属于大埋深隧道纵向断面示意图，图中，G_深隐1后表示已将突涌隐患区1的突涌烈度由G_深隐1前提升到G_深隐1后，G_深隐1后<+64％表示被治理后质量合格，C_深-C_深断面表示第一循环拟计划开挖最终断面，G_深隐2前表示突涌隐患区2在治理前的突涌烈度；

附图14：为本发明第一循环开挖后开始第二循环治理的示意图，属于大埋深隧道纵向断面示意图，图中，已将掌子面推进到C_深-C_深断面，G_深隐2前表示突涌隐患区2在治理前的突涌烈度，G_深隐3前表示在突涌隐患区2的后续区段的突涌烈度。

具体实施方式

下面将结合具体实施例对本发明进一步详细说明，但不限于本发明的保护范围。

实施例1

一种大埋深隧道突涌隐患程度三层次循环递进量化方法；当隧道的埋深h_埋>40r，或h_埋>20B，称该隧道为大埋深隧道；大埋深隧道突涌隐患程度的第一层次量化，是先确定地质块的突涌源形态系数J_深；第二层次的量化，是将J_深与大埋深隧道断面的施工扰动因素加以综合，得到大埋深隧道等效断面突涌烈度G_深；第三层次的量化，是依据大埋深隧道施工纵向影响长度L_纵和等效断面突涌烈度G_深，估算大埋深隧道掌子面爆发突涌灾害的危险程度W_深；三层次量化由地质块到断面再到段落，由局部到整体，量化、评估、治理循环递进，逐步把各段的突涌隐患消灭。

以上所述的三层次递进量化的方法具体步骤如下：

步骤1、大埋深隧道突涌隐患程度的第一层量化；其方法是：

(1)大埋深隧道的定义

设隧道埋深以h_埋表示；设隧道开挖轮廓半径以r表示，设隧道开挖宽度以B表示；

若5r≤h_埋≤40r，或2.5B≤h_埋≤20B，称该隧道为一般埋深隧道；

若h_埋>40r，或h_埋>20B，称该隧道为大埋深隧道。

(2)定义地质块的概念

大埋深隧道地下环境往往复杂多变且不均匀，各个区域环境水文地质条件构成未必相同，但是将范围缩小到一定程度，总可以找到一块水文地质条件均匀的区域；在具有相同水文地质条件的区域的条件下，该区域可以视为均质的地质块，比如，水压力、围岩强度、组成粒径指标或参数基本一致的区域视之为一个地质块；某块地质块有大有小，小至仅占据大埋深隧道某些部位，大至占据大埋深隧道一定区域。

(3)地质块的大埋深隧道突涌隐患程度

地质块的大埋深隧道突涌隐患程度，与水压压力成正比，与大埋深隧道围岩强度成反比，并与围岩组成颗粒级配修正系数相关，可用J_深表示，称为大埋深隧道突涌源形态系数，大埋深隧道突涌源形态系数J_深的计算公式为：

J_深＝ε_深×(P_深水/R_深围)；式中：

J_深—为大埋深隧道突涌源形态系数，属于无纲量指标；

ε_深—为大埋深隧道围岩颗粒级配修正系数，属于无纲量指标；对于非粉细砂性土、岩石，暂定取值为1.05；粉细砂取值为1.15；

P_深水—为大埋深隧道某部位围岩地下水水压力，计量单位：MPa；

R_深围—为大埋深隧道某部位围岩轴心抗压强度，计量单位：MPa。

A、如果大埋深隧道是腔洞或溶洞，计算J_深值时，水压与大埋深隧道围岩强度的取值按如下方法：

①大埋深隧道为纯充水腔洞时，水压取腔洞核心区的水压，大埋深隧道围岩强度取腔洞

壁向外2米的围岩强度；

②大埋深隧道为充水充泥腔洞时，水压腔洞取核心区的水压，大埋深隧道围岩强度取腔洞核心区土体的强度，如果土体强度数值比水压低，则大埋深隧道围岩强度取腔洞壁向外2米的围岩强度；

③大埋深隧道为无水腔洞时，水压统一取0.5MPa，大埋深隧道围岩强度取腔洞壁向外2米的围岩强度。

B、大埋深隧道水文地质数据采集办法:

通过对大埋深隧道实际勘察与试验获得地下水的水压与大埋深隧道围岩强度数据：

①采用常规勘探手段，钻探、坑探、无损探测及超前预报一个以上的组合获取大埋深隧道围岩强度数据，通过抗压试验、触探试验、承载力试验、波速测试方法获得或转换得到大埋深隧道围岩强度；

②通过以下其中一种方法获得水压数据：钻孔引排水并测量水压，孔隙水压测量仪器测量水压，灌水或灌浆压力致裂法测量水压，测量水位差转换为水压；

③通过常规岩性分析，推断大埋深隧道围岩颗粒级配修正系数ε_深。

(4)大埋深隧道突涌源形态系数J_深值的量化与分类

表2：大埋深隧道突涌形态类型与大埋深隧道突涌源形态系数区间关系表

步骤2：大埋深隧道突涌隐患程度的第二层次量化；其方法是：

(1)确定大埋深隧道的等效断面

对于圆形大埋深隧道，见图1，当大深埋隧洞某掌子面的大埋深隧道围岩被开挖时，其断面出现应力-应变调整，根据断面应力-应变调整关系，将圆形大埋深隧道调整半径范围为5r的圆形大埋深隧道断面确定为圆形大埋深隧道的等效断面，详见图2。

对于非圆形大埋深隧道，则以大埋深隧道断面的中心为圆心，以开挖轮廓线距离圆心的最大距离为半径r，绘制得一个小圆形，再以该小圆的圆心为中心，以半径为5r绘制一个大圆，则该大圆确定为非圆形大埋深隧道的等效断面，详见图3和图4。

(2)对大埋深隧道等效断面进行分区并赋值，包括以下情形的分区：

①大埋深隧道等效断面的力学分区

将大埋深隧道等效断面分为三个力学区：塑性大变形区A_深、塑性小变形区B_深、弹塑性区C_深，详见图5。

②大埋深隧道等效断面的几何分区

将大埋深隧道等效断面划分为25个分区，每个分区的大小为2r×2r的正方形，25个几何分区组合得到了一个10r×10r的大正方形，该大正方形于半径为5r_深绘制一个大圆相切并接近于该大圆，所以，大正方形也称为大埋深隧道等效断面，详见图6。

(3)对大埋深隧道各等效断面分区进行力学变形赋值

根据大埋深隧道位移变形测量数据统计，确定C_深区的变形速率小于0.1mm/d；B_深区的变形速率为0.1～1.0mm/d；A_深区的变形速率大于1.0mm/d，严重时大于5.0mm/d。再根据变形速率的量级对大埋深隧道各等效断面分区进行赋值，建立大埋深隧道等效断面的各分区赋值表。

A_深区的最小变形速率是C_深区最大变形速率的10⁺¹倍，若C_深区变形速率的量级基准确定为10，即10⁺¹，则A_深区的变形速率的量级就为10⁺²；A_深区的变形速率有2个等级，则其变形速率量级中值数就为(100+500)/2＝300；B_深区居于A_深区最小变形速率与C_深区最大变形速率之间，则B_深区的变形速率量级的中值数就为(10+100)/2＝55。

(4)对大埋深隧道各等效断面分区进行水影响的赋值调整

大埋深隧道等效断面调整分区水影响的赋值分为两种：

第一种是按上部、下部的重要性调整隧道所在列的分区的赋值，以大埋深隧道的位置为基准，重要性系数取为1.0，每上升一个分区系数提高0.2，每下降一个分区系数降低0.2；

第二种是按与大埋深隧道距离的大小调整其它列的分区的赋值，以大埋深隧道位置的那列为基准，远离一个分区，下降系数0.2。

(5)大埋深隧道内核细分区与赋值

大埋深隧道内核可以再细分区，根据上下的重要性赋值，可以百分比数值赋值。

(6)大埋深隧道各分区的赋值成果，详见图7。

(7)建立大埋深隧道各分区的突涌强度

大埋深隧道各分区的突涌强度依据以下公式计算：

Q_深i＝J_深i×Ν_深i×ξ_深；式中：

Q_深i—分区的突涌强度，表示分区突涌源形态的显著程度，无量纲；

J_深i—为分区对应的大埋深隧道突涌源形态系数，J_深i值的取值范围为0≤J_深i≤10^-1，当J_深i＞10^-1时，J_深i值一律取值为1×10^-1；

Ν_深i—为大埋深隧道对应的分区赋值；

ξ_深—为大埋深隧道等效断面各分区的边界影响系数，ξ_深按如下情况对应取值：

①当分区的边界为充水充泥腔洞，分区位于拱顶上部时ξ_深取1.3，分区位于与隧道同一高程处时ξ_深取1.20，分区位于隧道之下时ξ_深取1.15。

②当分区的边界为充水腔洞，分区位于拱顶上部时ξ_深取1.20，分区位于与隧道同一高程处时ξ_深取1.15，分区位于隧道之下时ξ_深取1.13。

③当分区的边界为干腔洞，分区位于拱顶上部时ξ_深取1.15，分区位于与隧道同一高程处时ξ_深取1.13，分区位于隧道之下时ξ_深取1.05。

④当分区的边界为非腔洞时，ξ_深取1.05。

(8)建立等效断面突涌强度公式

将隧道等效断面内全部25个分区的突涌强度相加，得到隧道等效断面的总突涌强度，公

式计算为：

Q_深总＝∑Q_深i＝∑(J_深i×Ν_深i×ξ_深)；式中：

Q_深总—为隧道实际等效断面的总突涌强度，无量纲；

Q_深i—为分区的突涌强度，无量纲；

J_深i—为分区对应的大埋深隧道突涌源形态系数；

Ν_深i—为大埋深隧道对应的分区赋值；

ξ_深—为大埋深隧道等效断面各分区的边界影响系数。

(9)确定隧道基准等效断面

当隧道等效断面内25个分区的大埋深隧道突涌源形态系数J_深值均为10^-2时，则该隧道等效断面为隧道基准等效断面，隧道基准等效断面的总突涌强度为7.86。

(10)建立隧道等效断面的突涌烈度

建立大埋深隧道等效断面的突涌烈度的计算公式为：

G_深＝(Q_深总-Q_深基准)/Q_深基准＝(Q_深总-7.86)/7.86；式中：

G_深—为大埋深隧道等效断面的突涌烈度，是表示相对于隧道基准等效断面，隧道实际等效断面突涌隐患的相对强弱程度，属于无纲量；

Q_深总—为隧道实际等效断面的总突涌强度，无量纲；

Q_深基准—为隧道基准等效断面的总突涌强度，取值为7.86。

(11)建立三类单元断面

非突涌断面、过渡断面、突涌隐患断面三类单元断面的建立，其中各单元断面的突涌烈度G_深值分别为：

非突涌断面：-100％≤G_深＜0；

过渡断面：0≤G_深≤+64％；

一般突涌隐患断面：+64％＜G_深≤+900％

特殊突涌隐患断面：G_深＞+900％。

步骤3：大埋深隧道突涌隐患程度的第三层次量化

大埋深隧道突涌隐患程度的第三层次量化，其方法是：

(1)提出突涌单元区的概念

大埋深隧道某段落由无数个等效断面组成，若其中某大埋深隧道等效断面的突涌烈度G_深经排序后确定为最大值，设定该等效断面能够代表某段落，则大埋深隧道某段落的突涌隐患程度就等于G_深。

若某大埋深隧道区段的代表等效断面的突涌烈度为G_深，则大埋深隧道突涌单元区的区分有如下情形：

当-100％≤G_深＜0时，为非突涌区；

当0≤G_深≤+64％时，称为突涌过渡区；

当+64％＜G_深≤+900％时，称为一般突涌隐患区；

当G_深＞+900％时，称为特殊突涌隐患区。

(2)建立大埋深隧道掌子面突涌灾害爆发基本模型

①一般的大埋深隧道突涌灾害爆发基本模型

当每个大埋深隧道段落由非突涌区、突涌过渡区、突涌隐患区三个突涌单元区组成，突涌灾害总是在突涌过渡区就提前爆发，不会等到掘进深入突涌隐患区后才爆发，详见图8；

②特殊的大埋深隧道突涌灾害爆发基本模型

当每个大埋深隧道段落由非突涌区、突涌隐患区两个突涌单元区组成，突涌灾害总是在接近突涌隐患区的非突涌区就提前爆发，不会等到掘进深入突涌隐患区后才爆发，详见图9。

(3)确定施工扰动纵向影响长度

①当每个大埋深隧道段落单元区组成情形与一般的隧道突涌灾害爆发基本模型一致时，在突涌过渡区内施工，施工扰动对前方的纵向影响长度L_纵为：

当隧道为一般埋深隧道，即5r≤h_埋≤40r或2.5B≤h_埋≤20B时，纵向影响长度为按一般埋深隧道的相关指标取值，因与大埋深隧道不相关，所以本发明不予专门说明。

当隧道为大埋深隧道，且40r<h_埋≤100r或20B<h_埋≤50B时，纵向影响长度L_纵为1.7B§_深，B为隧道开挖宽度，r为隧道开挖轮廓半径，§_深为围岩破碎程度调整系数，一般程度时§_深取值为1.0，严重时§_深取值为1.2。

当隧道为大埋深隧道，且h_埋>100r或h_埋>50B时，纵向影响长度L_纵为2.0B§_深，B为隧道开挖宽度，r为隧道开挖轮廓半径，§_深为围岩破碎程度调整系数，一般程度时§_深取值为1.0，严重时§_深取值为1.2。

②当每个大埋深隧道段落单元区组成情形与特殊的大埋深隧道突涌灾害爆发基本模型一致时，须先人为指定突涌过渡区，在人为指定的突涌过渡区内施工，施工对前方的纵向影响长度L_纵为：

当隧道为一般埋深隧道，即5r≤h_埋≤40r或2.5B≤h_埋≤20B时，纵向影响长度为按一般埋深隧道的相关指标取值，因与大埋深隧道不相关，所以本发明不予专门说明。

当隧道为大埋深隧道，且40r<h_埋≤100r或20B<h_埋≤50B时，纵向影响长度L_纵为1.1B§_深，B为隧道开挖宽度，r为隧道开挖轮廓半径，§_深为围岩破碎程度调整系数，一般程度时§_深取值为1.0，严重时§_深取值为1.2。

当隧道为大埋深隧道，且h_埋>100r或h_埋>50B时，纵向影响长度L_纵为1.3B§_深，B为隧道开挖宽度，r为隧道开挖轮廓半径，§_深为围岩破碎程度调整系数，一般程度时§_深取值为1.0，严重时§_深取值为1.2。

(4)纵向影响长度L_纵的修正

对纵向影响长度L_纵进行修正，得到修正的纵向影响基准长度；

①当每个大埋深隧道段落单元区组成情形与一般的大埋深隧道突涌灾害爆发基本模型一致时，修正纵向基准长度L_深修的计算公式为：

L_深修＝L_纵×(G_深隐1)/(900％-64％)；式中：

L_深修—为修正的纵向影响基准长度，计量单位：米；

L_纵—纵向影响长度，计量单位：米；当40r<h_埋≤100r或20B<h_埋≤50B时，纵向影响长度L_纵为1.7B§_深；当h_埋>100r或h_埋>50B时，纵向影响长度L_纵为2.0B§_深；B为隧道开挖宽度，r为隧道开挖轮廓半径；§_深为围岩破碎程度调整系数，一般程度时§_深取值为1.0，严重时§_深取值为1.2；

G_深隐1—为最靠近突涌过渡区的那个突涌隐患区的突涌烈度，无纲量。

②当每个大埋深隧道段落单元区组成情形与特殊的大埋深隧道突涌灾害爆发基本模型一致时，修正的纵向影响基准长度L_修的计算公式为：

L_深修＝L_纵×(G_深隐1)/(900％-64％)；式中：

L_深修—为修正的纵向影响基准长度，计量单位：米；

L_纵—纵向影响长度，计量单位：米；当40r<h_埋≤100r或20B<h_埋≤50B时，纵向影响长度L_纵为1.1B§_深；当h_埋>100r或h_埋>50B时，纵向影响长度L_纵为1.3B§_深；B为隧道开挖宽度，r为隧道开挖轮廓半径；§_深为围岩破碎程度调整系数，一般程度时，§_深取值为1.0，严重时，§_深取值为1.2；

G_深隐1—为最靠近突涌过渡区的那个突涌隐患区的突涌烈度。

(5)确立掌子面爆发突涌灾害的危险程度计算公式

过渡区的修正纵向基准长度是用于防止超挖的，当剩余长度大于等于修正纵向基准长度时，不会爆发突涌灾害，危险程度为零或为负值；当剩余长度小于修正纵向基准长度时，剩余长度越小，爆发突涌灾害的危险程度越大；当剩余长度等于0米时，爆发突涌灾害的危险程度为100％，必然发生突涌灾害，因此，掌子面爆发突涌灾害的危险程度计算为：

①当每个大埋深隧道段落单元区组成情形与一般的大埋深隧道突涌灾害爆发基本模型一致时，计算公式为：

W_深＝(L_深修-L_深剩)/L_深修；式中：

W_深—为掌子面爆发突涌的危险程度，计量单位：％，W_深值取值为0～100％；

L_深修—为修正的纵向影响基准长度，计量单位：米；

L_深剩—为剩余长度，取值范围为0≤L_深剩≤L_深修，计量单位：米；

②当每个大埋深隧道段落单元区组成情形与特殊的大埋深隧道突涌灾害爆发基本模型一致时，计算公式为：

W_深＝(L_深修-L_深剩)/L_深修；式中：

W_深—为掌子面爆发突涌的危险程度，计量单位：％，W_深值取值为0～100％；

L_深修—为修正的纵向影响基准长度，计量单位：米；

L_深剩—为剩余长度，取值范围为0≤L_深剩≤L_深修，计量单位：米。

步骤4：隐患量治理与再量化循环递进

隐患量治理与再量化循环递进的方法是：

(1)评估目前掌子面的安危状态

将一组大埋深隧道分析单元段共划分为4个具体的区域：非突涌隐患区，突涌过渡区，突涌隐患区1，突涌隐患区2；目前的掌子面位置为D_深-D_深；

若DB＝L_深修1，掌子面爆发突涌灾害的危险程度为0，处于临界状态，不能往前开挖；若DB>L_深修1，掌子面爆发突涌灾害的危险程度小于0，处于安全状态，可以再往前开挖；若D_深B_深<L_深修1，掌子面爆发突涌灾害的危险程度大于0，处于危险状态，需要立即封闭、加固掌子面；详见见图10。

比如，广西均昌隧道某段落，40r<h_埋≤100r或20B<h_埋≤50B，为大埋深隧道段落，水文地质复杂地段的的4个具体的区域，经三分层量化后的数据为：非突涌隐患区，G_深非＝-50％，突涌过渡区，G_深过＝+30％，突涌隐患区1，G_深隐1＝+450％，突涌隐患区2，G_深隐2＝+300％，B＝12.75米，§_深取值为1.0；目前的隧道掌子面位置为D_深-D_深，D_深B_深＝5米，总涌水量为35立方米/小时。

这时，依据本发明方法：L_纵＝1.7B§_深，L_深修＝L_纵×(G_深隐1)/(900％-64％)＝1.7×12.75×1.0×450％/(900％-64％)＝11.67米；W_深＝(11.67-5)/11.67＝57％。

本发明方法，对于目前的D_深-D_深掌子面而言，D_深B_深＝5米，D_深B_深<L_深修1，即5米<11.67米，爆发突涌灾害的危险程度量化值为W_深＝57％，掌子面爆发突涌灾害的危险程度大于0，处于危险状态，需要立即封闭、加固掌子面；

传统方法，按表1的条件进行判断，总涌水量为35立方米/小时，在4＜Q_深≤41的区间，定性为小型灾害，对于目前的D_深-D_深掌子面而言，爆发突涌灾害的危险程度则无法判断。

实际情况是：开挖至D_深-D_深掌子面，突涌灾害发生的预兆持续出现，隧洞变形加大，涌水量增加，掌子面围岩掉粒、掉块密集，情况十分危险，后来通过立即封闭、加固掌子面遏制了突涌灾害的爆发。

依据实际情况，对比本发明方法与传统方法，本发明方法比较准确地预测到掌子面的爆发突涌灾害的危险程度，能够给出应对办法，而传统方法只是对前方隐患程度进行定性，无法判断目前掌子面爆发突涌灾害的危险程度，不能给应对办法。

(2)对目前掌子面前方的突涌隐患区进行第一循环的治理

当D_深B_深≧L_深修1时，掌子面处于安全状态或临界状态下，突涌隐患区1在治理前的突涌烈度为G_深隐1前，拟定治理目标为G_{深隐1计划}；依据G_{深隐1计划}就可估算突涌隐患区1的治理断面的临界半径(H_深+r_深)，即计划治理的断面临界范围；详见图11。

比如，广西均昌隧道某段落，40r<h_埋≤100r或20B<h_埋≤50B，为大埋深隧道段落，水文地质复杂地段的某段落的4个具体的区域，经三分层量化后的数据为：非突涌隐患区，G_深非＝-50％，突涌过渡区，G_深过＝+30％，突涌隐患区1，G_深隐1＝+450％，突涌隐患区2，G_深隐2＝+300％，B＝12.75米，§_深取值为1.0；将隧道掌子面位置推进到D_深-D_深，D_深B_深＝5米，总涌水量为35立方米/小时，突涌灾害发生的预兆持续出现，隧洞变形加大，涌水量增加，掌子面围岩掉粒、掉块密集，情况十分危险，后来通过立即封闭、加固掌子面，使掌子面退后，D_深B_深＝12米，突涌灾害发生的预兆现象消失了，这时总涌水量为40立方米/小时。

这时，按本发明方法，目前D_深B_深＝12米，L_纵＝1.7B§_深，L_深修＝L_纵×(G_深隐1)/(900％-64％)＝1.7×12.75×1.0×450％/(900％-64％)＝11.67米，D_深B_深≧L_深修1，即12米≧11.67米，掌子面处于安全状态下，突涌隐患区1在治理前的突涌烈度为G_深隐1前＝+450％，为了达到治理效果，拟定治理目标为G_{深隐1计划}必须小于或等于+64％；依据G_{深隐1计划}＝+64％，采用步骤2就可反估突涌隐患区1的治理断面的临界半径(H_深+r_深)，即计划治理的断面临界范围。

按传统方法，依据表1的条件进行判断，使掌子面退后，D_深B_深＝12米，突涌灾害发生的预兆现象消失了，总涌水量由35立方米/小时增加到为40立方米/小时，处于4＜Q_深≤41的区间，仍定性为小型灾害，但对于突涌隐患区1的治理，将涌水量控制在哪些数值为合格指标，难以给出答案，如何估算计划治理的断面临界范围也难以有明确方法与方案。

对比本发明方法与传统方法，对目前掌子面前方的突涌隐患区进行第一循环的治理，关于计划治理质量、计划治理范围，本发明方法有明确路径、方案、答案，而传统方法却难以提出计划治理质量、计划治理范围，没有答案。

(3)对目前掌子面前方的治理区治理效果进行评估与开挖决策

突涌隐患区1被治理后，突涌烈度变为G_深隐1后，若G_深隐1后>+64％，则判断治理质量不合格，需补充治理；详见图12；若G_深隐1后≤+64％，判断治理质量合格；治理合格后，可以开挖，开挖从D_深-D_深到C_深-C_深，修正的基准长度与G_深隐2前有关，要确保C_深E_深≧L_深修2，即是第一循环的开挖最终的掌子面只能开挖到C_深-C_深断面的位置；详见图13。

比如，广西均昌隧道某段落，40r<h_埋≤100r或20B<h_埋≤50B，为大埋深隧道段落，经治理后，水文地质复杂地段的某段落的4个具体的区域，经三分层量化后的数据为：非突涌隐患区，G_深非＝-50％，突涌过渡区，G_深过＝+30％，突涌隐患区1，G_深隐1后＝+45％，突涌隐患区2，G_深隐2＝+300％，B＝12.75米，§_深取值为1.0，总涌水量为14立方米/小时。

对于本发明方法，突涌隐患区1经治理后，这时，G_深隐1后＝+45％，即G_深隐1后≤+64％，判断治理质量合格；治理合格后，可以开挖，断面开挖从D_深-D_深到C_深-C_深，这时公式L_深修2＝L_纵×(G_深隐1)/(900％-64％)的“G_深隐1”应该是突涌隐患区2的“G_深隐2”，即，L_纵＝1.7B§_深，L_深修2＝1.7×12.75×1.0×300％/(900％-64％)＝7.78米，要确保C_深E_深≧7.78米。

对于传统方法，突涌隐患区1经治理后，总涌水量由原来的35立方米/小时下降到总涌水量为14立方米/小时，按表1的条件进行判断，总涌水量在4＜Q_深≤41的区间，定性为小型灾害，突涌隐患区1的性质仍未转化，治理质量不合格。

实际情况是:工地现场认为突涌隐患区1经治理后，治理质量合格，决定开挖，将掌子面推进到C_深-C_深，C_深E_深＝8.5米，即是使C_深E_深≧7.78米，整个开挖过程安全，既没有出现突涌灾害，也未出现突涌灾害的预兆情况。

依据实际情况，对比本发明方法与传统方法分别取得的效果，对目前掌子面前方的治理区治理效果进行评估与开挖决策，本发明方法与实际较相符，而传统方法即难以判断治理质量效果，也无法为开挖提供决策数据。

(4)开始第二循环的治理、评估、开挖

对第一循环的治理区部分开挖后,目前的掌子面位置推进到C_深-C_深，开始第二循环的治理，对第二治理区的突涌烈度进行检验，若合格，开始第二循环的开挖，如此循环下去，直至把突涌隐患区消除，详见图14。

见图14，广西均昌隧道某段落，40r<h_埋≤100r或20B<h_埋≤50B，为大埋深隧道段落，经治理后，水文地质复杂地段的某段落的4个具体的区域，经三分层量化后的数据为：非突涌隐患区，G_深非＝-50％，突涌过渡区前段G_深过＝+30％，突涌过渡区后段G_深过＝+45％，突涌隐患区1已被改造，突涌隐患区2，G_深隐2＝+300％，B_深＝12.75米，§_深取值为1.0，C_深E_深＝8米，总涌水量为14立方米/小时。

对于本发明方法，C_深E_深＝8.5米，现在C_深E_深≧7.78米，判断目前的C_深-C_深掌子面是安全的，尽管突涌隐患区2存在隐患，但目前的掌子面不会爆发突涌灾害，可以开始第二循环的治理了。

对于传统方法，按表1的条件进行判断，总涌水量在4＜Q_深≤41的区间，定性为小型灾害，但是对于目前的C_深-C_深掌子面，是否会爆发突涌灾害，无法判断。

实际情况是：当将掌子面推进到C_深-C_深，没有爆发突涌灾害，也没有出现突涌灾害的预兆情况。

对比传统方法与本发明方法，本发明方法的判断与实际情况相符，本发明方法一个环节紧扣下一环节，本循环服务于下循环，能够做到循环递进；而传统方法，按按表1的条件进行判断，仅仅能够对前方的突涌隐患区2的突涌性质进行定性，无法对当前的掌子面安危进行判断，第一循环的数据与第二循环的数据联系不强，难以做到循环递进。