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龙图腾网获悉太原理工大学;交通运输部公路科学研究所申请的专利一种强降雨下采空区隧道衬砌结构安全性评价方法及系统获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN119288625B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2026-01-06发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202411690787.9，技术领域涉及：E21F17/18；该发明授权一种强降雨下采空区隧道衬砌结构安全性评价方法及系统是由张念;闫雪辉;卢峥;万飞;王耀耀;周彩凤;章敏;郭冰冰;吴孟佳设计研发完成，并于2024-11-25向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种强降雨下采空区隧道衬砌结构安全性评价方法及系统在说明书摘要公布了：本发明提供一种强降雨下采空区隧道衬砌结构安全性评价方法及系统，涉及地下与隧道工程技术领域，本发明通过获取降雨强度、降雨持续时间、地质特性和土体渗透性等数据，以生成隧道评价指数，分析降雨水分对衬砌水压力及周围土体变形的相互作用，并计算围岩应力，通过计算降雨渗透后产生的水压力，量化其对衬砌水压力的动态影响，再综合隧道评价指数、围岩应力和渗透后水压力，计算衬砌结构的安全系数，获取衬砌位移、裂缝发展速度及水流渗透数据，生成风险系数，并与安全系数进行比较，判断是否发出预警。本发明通过综合分析隧道衬砌的相关数据，建立隧道安全性评价及预警机制，确保强降雨条件下采空区隧道衬砌结构的安全性。

本发明授权一种强降雨下采空区隧道衬砌结构安全性评价方法及系统在权利要求书中公布了：1.一种强降雨下采空区隧道衬砌结构安全性评价方法，其特征在于，具体步骤包括： 步骤1：从气象局数据库中获取七天内的采空区隧道的降雨量和降雨持续时间，并结合地质特性与土体渗透性因素，生成隧道评价指数； 步骤2：计算采空区隧道的围岩应力； 步骤3：计算采空区降雨渗透后产生的水压力，并对水压力进行量化处理； 步骤4：综合隧道评价指数、采空区隧道的围岩应力以及降雨渗透后产生的水压力，计算衬砌结构的安全系数； 步骤5：建立监测与预警机制，获取相关监测数据，包括衬砌结构位移、裂缝发展速度与水流渗透数据，利用监测数据生成风险系数，并与安全系数比较，若风险系数大于安全系数，则发出预警； 生成所述隧道评价指数依据的方法为： 基于渗透分析原理，综合考虑降雨、地质条件和土体渗透性的影响，降雨强度以及降雨的持续时间直接影响渗透压力与土体饱和度，具体表现为采空区隧道的降雨渗透量发生变化，计算降雨渗透量的公式为： 其中，Qrain表示采空区隧道的降雨渗透量，I为降雨量，T为降雨持续时间，A为采空区隧道影响面积，C8为地质特性系数，取值范围为[0.5,1.5]； 渗透系数计算公式为： 其中，K为渗透系数，L为流动路径长度，S为渗流的横截面积，Δh为水头差； 根据以上公式计算隧道评价指数，用于综合评估隧道的水文地质条件以及对隧道衬砌结构稳定性和水流渗透的影响，所依据的公式为： 其中，GEC为隧道评价指数； 计算采空区隧道的围岩应力，所依据的方法为： 采空区隧道的围岩应力是附加应力和有效应力所构成，附加应力的存在是由于孔隙水在隧道挖掘时无法迅速从孔隙中排出，孔隙水在该区域内聚集，产生压力，这种孔隙水压力就会对围岩产生附加的作用力，形成附加应力；有效应力取决于土体的弹性模量，当外部荷载作用于土体时，土体会发生变形，弹性模量控制着土体的变形刚度，土体的弹性模量越大，土体变形越小；反之，弹性模量越小，土体变形越大，计算附加应力、有效应力以及围岩应力的公式为： σp＝ρw*g*h σeff＝∈E σall＝σp+σeff 其中，σp表示由孔隙水压力引起的附加压力，ρw为孔隙水的密度，g为重力加速度，h为水头，∈表示土体的应变，σeff是有效应力，σall是采空区隧道的围岩应力，E是土体的弹性模量； 计算采空区降雨渗透后产生的水压力，并量化水压力，所依据的方法为： 基于步骤3中对孔隙水压力的计算，考虑到降雨渗透到采空区后，水头的变化是随着时间逐步变化的，而渗透水会逐步增加衬砌表面的水压力，降雨的动态影响体现在水流渗透的持续时间和水压力的逐步积累上，降雨的持续时间越长，渗透水压力越大，具体的水压力变化通过随时间变化的水头变化来进行模拟，建立降雨渗透的相关线性方程，使用以下的动态水压力变化公式： Ft＝ρght 其中，Ft表示随着时间变化的动态水压力，ρ为渗透水密度，ht是随着时间变化的水头，Δh为水头差，T为降雨的持续时间，为水头变化率，t是降雨持续过程中的时间点； 对动态水压力进行量化处理，从降雨渗透初始时刻到结束时刻，即水压力随着时间的累积效应，计算量化处理后的水压力的积分公式为： 其中，FN是经过量化处理后的水压力； 计算衬砌结构的安全系数，综合考虑水压力、土体压力和围岩变形因素，评估衬砌结构的承载能力与稳定性，所依据的方法为： 计算衬砌结构安全系数的公式为： 其中，SF为安全系数，GEC是隧道评价指数，σall是围岩应力，FN是经过量化处理后的水压力； 获取相关监测数据，包括衬砌结构位移、裂缝发展速度与水流渗透数据，所依据的方法为： 衬砌变形是评估隧道衬砌是否稳定的关键指标，需要监测衬砌的位移、应变以及弯曲程度，使用位移计算公式，通过弹性力学中的胡克定律对其进行计算： 其中，Δu表示衬砌结构位移，P为施加在衬砌上的荷载，Lc为衬砌的长度，Ec为衬砌材料的弹性模量，Ic为衬砌的惯性矩； 裂缝发展速度是反映隧道衬砌结构长期稳定性的一个重要参数，获取降雨前裂缝的长度和降雨后裂缝的长度，采用以下方式得到裂缝发展速度： 其中，Vc为裂缝的扩展速度，lc表示降雨前裂缝的长度，lz表示降雨后裂缝的长度，T为降雨的持续时间； 水流渗透的流量是由渗透系数与水头差决定的，根据达西定律，水流渗透采用以下公式来计算： 其中，Q表示水流渗透，K为渗透系数，A为水流通过的横截面积，Δh为水头差，即水流两段的水位差，Lq表示水流的路径长度； 利用监测数据生成风险系数，并与安全系数比较，若风险系数大于安全系数，则发出预警，所依据的方法为： 其中，R表示风险系数，ω1、ω2、ω3分别表示各自对应的比例权重，且ω1ω2ω30，Uallow、Vallow、Qallow分别表示允许的最大位移、最大裂缝扩展速度、最大水流渗透，M表示判断隧道衬砌相关设计参数是否需要调整的逻辑值，当M＝0时，表示风险系数没有超出安全系数，不需要对设计参数进行调整；当M＝1时，表示风险系数超出安全系数，需要对设计参数进行调整，SF为安全系数。

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