CN115859430B - 一种适用于富水软岩单线铁路隧道加固设计及施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及土木工程领域，具体涉及一种富水软岩单线铁路轨道加固设计及施工方法，先通过“智能探水预测一体化算法”对掌子面前方的涌水量、涌水发展趋势、水压大小预测值，并通过加权分析判断出此处的风险情况，施工时进行超前钻探泄水孔并采集周围地质情况，依据之前对此地工况的风险程度判断进行对应施工，本发明为一种富水软岩单线铁路轨道加固设计及施工方法通过“智能探水预测一体化算法”可量化的判断掌子面前方含水量情况，能更有效地为后续施工提供依据，提高施工效率，随后施工中依据此前计算结果辅助施工，根据掌子面前方含水情况进行判断后再进行区分化施工，能极大节省工程资源，降低施工成本，更高效地利用施工资源。
Description
技术领域
本发明涉及土木工程领域，特别是一种适用于富水软岩单线铁路隧道加固设计及施工方法。
背景技术
目前国内外针对富水软岩隧道采取的超前支护形式多为超前管棚支护、超前帷幕注浆及超前小导管支护等，在施工中，具体采用何种形式的超前支护形式，往往是由设计预先指定，设计偏于保守，对现场的实际情况缺乏应变性，对含水量较小的区域，采用同样的超前支护形式，可能导致施工的浪费和成本的提高。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有技术存在的传统超前支护形式设计预先指定，设计偏于保守，对现场的实际情况缺乏应变性，对含水量较小的区域，采用同样的超前支护形式，可能导致施工的浪费和成本的提高问题，提供一种适用于富水软岩单线铁路隧道加固设计及施工方法。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种适用于富水软岩单线铁路隧道加固设计方法，其设计方法为：
S1.采用智能探水预测一体化算法处理计算,得出所需掌子面前方水况的数据情报；
S2.通过智能探水预测一体化算法处理得到掌子面前方的隧道中单宽涌水量预测值Q
得到公式：Q＝Q1+Q2+Q3；
式中：Q——隧道中单宽涌水量预测值；Q1、Q2、Q3——隧道两侧及底部的分部单宽涌水量；
S3.通过智能探水预测一体化算法处理得到所述掌子面前方的涌水发展趋势；
S4.通过智能探水预测一体化算法处理得到所述掌子面前方的水压大小预测值；
S5.计算在高风险工况下涌水注浆压力P、注浆量E及止浆墙厚度B；
本发明为一种适用于富水软岩单线铁路隧道加固设计方法，通过“智能超前探水预测一体化算法”处理计算得到所述掌子面前方的涌水量预测值、涌水发展趋势及水压大小预测值等，通过加权计算判定掌子面前方的涌水风险，在风险判定后，若为高风险工况则通过“智能超前探水预测一体化算法”计算出高风险工况下的涌水注浆压力、注浆量以及止浆墙厚度，提供一种量化预测隧道所述掌子面前方富水量的判断方法，为后续确定超前支护形式提供判断依据。
作为本发明的优选方案，所述S2中通过“智能探水预测一体化算法”处理得到所述掌子面前方的涌水量预测值Q的过程为；
Q＝Q1+Q2+Q3
式中；Q——隧道中单宽涌水量预测值；Q1、Q2、Q3——隧道两侧及底部的分部单宽涌水量；K——由钻探抽水试验及综合测井，按水文地质条件筛选、分析取得的渗透系数；H1、H2——隧道两侧地下水水头高度；R1、R2——隧道两侧地下水向隧道入渗的外边界宽度；h——当隧道内地下水位降低至排水侧沟顶面时的深度；r——隧道断面半径(断面宽度/2)；M0——隧道下部透水裂隙发育的深度。
作为本发明的优选方案，所述S3步骤中通过“智能探水预测一体化算法”处理得到所述掌子面前方的涌水发展趋势预测采用DFA分析法，具体如下：
S31.设涌水时间序列为：ξ(t),t＝1,2,...,n。
S32.建立一新序列：
式中：为序列ξ(t)的平均值。
S33.将新序列Y(i)划分为长度为s的Ns＝int(n/s)个不相交的等长子区间(即Ns为序列Y(i)的区间数，s为区间长度)，因序列长度N不一定被s整除为保证涌水序列信息不丢失，采用“正反划分法”：即先从序列的前端开始向后划分然后从序列末端开始反向前再划分一次这样共得到2Ns个等长子区间。
S34.对每个子区间v(v＝1,2,…，2Ns)的数据进行多项式回归拟合，得到局部趋势函数yv(i)，yv(i)可以是一次、二次或更高次多项式(一般分别记为DFA1,DFA2,…),然后，消除各子区间内趋势，计算其方差均值，通常的二次拟合方式如下：
S35.确定全序列的波动函数F(s)：
S36.对不同长度s重复上述计算，若隧道涌水是长程幂律相关的，故有：
F(s)∞sa
a为标度指数；
绘制和的双对数坐标图，其直线斜率即为标度指数。
S37.根据a的取值可进行如下分析：a<0.5，表示隧道涌水是反相关的；0.5<a<1.0，表示隧道涌水为长程正相关；a＝0.5，a＝1.0隧道涌水表现随机性；a>1.0时，时间序列具有持久性的长程相关，但不是幂律相关。
作为本发明的优选方案，所述S4步骤中通过智能探水预测一体化算法处理得到所述掌子面前方的水压大小预测采用如下公式；
式中：P1——衬砌承受的水压；R0——衬砌内半径；R1——衬砌外半径；Rg——注浆圈外半径；K1——衬砌渗透系数；Kg——注浆层渗透系数；Kr——围岩渗透系数。
作为本发明的优选方案，所述S5步骤中涌水注浆压力的计算公式如下：
P＝(2～4)MPa+P0；
式中：P——涌水注浆压力；P0——涌水压力；
注浆量计算公式如下：
E＝(n·π·D2/4)·L·a·η；
式中：E——注浆量；D——注浆范围；L——注浆段长；n——岩层裂隙率；a——浆液在岩石裂隙中的充填系数，取a＝0.3～0.9；η——浆液消耗率；
所述止浆墙厚度如下：
B＝P0r/[σ]+0.3r
式中：B——止浆墙厚度；P0——止浆终压；r——注浆面隧道开挖半径；[σ]——混凝土墙允许抗压强度。
一种适用于富水软岩单线铁路隧道加固施工方法，依据上述一种适用于富水软岩单线铁路隧道加固设计方法所得进行施工，其施工的步骤为：
S1.按照设计施工隧道正洞超前钻探泄水孔，采集各类地质数据；
S2.依据计算的出数值来判断此处工况的风险，便于采取相应的因对措施，判断方式为：
通过“智能超前探水预测一体化算法”加权计算各组分判别分级、计算系数及权数分配如下所示：
表1RSR渗水量分级表
表2DFA涌水发展趋势系数分配表
表3涌水压力系数分配表
表4“智能超前探水预测一体化平台”各组分权数分配表
通过“智能超前探水预测一体化算法”加权计算公式及风险判别依据如下所示：
风险系数＝各组分系数*各组分权数
表5掌子面前方风险判别表
S3.若依据加权计算各组分判别分级判断结果为高风险工况，即施作所述止浆墙、进行超前帷幕注浆、架设管棚工作室、施作超前管棚、进行注浆；
S4.若依据加权计算各组分判别分级判断结果为低风险工况，则对所述掌子面加固并进行上台阶喷砼封闭随后进行锚杆锚固、架设所述管棚工作室、施作所述超前管棚与所述超前小导管随后进行注浆；
本发明为一种适用于富水软岩单线铁路隧道加固施工方法，依据“智能探水预测一体化算法”所得出的隧道中单宽涌水量预测值Q、涌水发展趋势、水压大小预测值以及高风险工况下涌水注浆压力P、注浆量E及止浆墙厚度B等一系列掌子面前方含水的情况，并对其进行判断后进行区分化施工，极大节省工程资源，降低了施工成本，高效的利用施工资源。
作为本发明的优选方案，步骤S1中的超前钻探泄水孔为在掌子面上布置四个孔，且分别为一个水平孔与三个外插孔。
作为本发明的优选方案，步骤S3中的超前帷幕注浆开始之前需要进行超前帷幕注浆钻孔，超前帷幕注浆与超前帷幕注浆钻孔的顺序应为应按由下到上、由外到内、由远水源处向近水源处、间隔跳孔四个原则进行，注浆时孔口位置应准确定位，与设计位置的允许偏差为+5cm，偏角应符合设计要求，每钻进一段，检查一段，及时纠偏，孔底位置偏差应小于30cm。
作为本发明的优选方案，步骤S3与步骤S64中搭设的管棚工作室按原设计标准断面初期支护完成后内轮廓向外扩挖0.4m，管棚工作室长5m，采用型钢钢架加强初期支护，其型钢钢架纵向间距0.6m/榀，每榀钢架底部设一组Φ42锁脚锚管，长4m/根，待管棚施作完成后拱部工作室范围恢复钢架及初期支护闭合，并按正常断面施作第二层钢架及初期支护，超挖部分进行初期支护喷砼回填密实，且搭设的管棚均为热轧无缝钢管制成，管棚壁厚5mm，管棚的管壁须钻注浆孔，注浆孔的孔径8～10mm，注浆孔的孔间距10～20cm，呈梅花形布置，注浆孔前端加工成锥形，尾部长度不小于30cm，作为不钻孔的止浆段，注浆压力一般为0.5～4.0MPa，具体浆液配合比和注浆压力由现场实验确定。
作为本发明的优选方案，步骤S4中需要先在掌子面上开设锚杆钻孔，随后通过锚杆对掌子面进行加固，掌子面加固使用全长粘结玻璃纤维锚杆注浆充填进行地层锚固，玻璃纤维锚杆设置的间距为1.2×1.2m(横向×纵向)且呈梅花形布置，玻璃纤维锚杆共8根，每根长12m且搭接长度3m，低风险工况中的超前管棚与超前小导管需进行注浆，一般采用水泥单液浆，水灰比0.5:1～0.8:1，应根据揭示情况及压浆试验情况相应调整配比，当围岩破碎、地下水发育时，为调凝需要，可部分采用水泥-水玻璃双液浆，要求浆液强度等级不小于M10。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、本发明为一种适用于富水软岩单线铁路隧道加固施工方法，通过“智能探水预测一体化算法”计算出掌子面前方的涌水量预测值、涌水发展趋势及水压大小预测值等，通过加权计算判定掌子面前方的涌水风险，在风险判定后，若为高风险工况则通过“智能超前探水预测一体化算法”计算出高风险工况下的涌水注浆压力、注浆量以及止浆墙厚度，提供一种量化预测隧道所述掌子面前方富水量的判断方法能更有效地为后续施工提供依据，提高施工效率。
2、本发明为一种适用于富水软岩单线铁路隧道加固施工方法，根据掌子面前方含水情况进行判断后再进行区分化施工，能极大节省工程资源，降低施工成本，更高效地利用施工资源。
附图说明
图1为本发明“智能超前探水预测一体化算法”运行流程图；
图2为本发明施工流程图；
图3为本发明钻孔横断面图；
图4为本发明钻孔纵断面图；
图5为本发明钻孔平面图；
图6为本发明止浆墙正视示意图；
图7为本发明止浆墙侧视示意图；
图8为本发明注浆纵断面示意图；
图9为本发明超前管棚支护正面设计图；
图10为本发明超前管棚支护纵向布置图；
图11为本发明超前管棚与小导管正面布置图；
图12为本发明超前管棚与小导管纵向布置图；
图13为本发明玻璃纤维锚杆设置横断面图；
图14为本发明玻璃纤维锚杆设置纵断面图。
图标：1-超前钻探泄水孔；2-掌子面；3-螺纹钢；4-止浆墙；5-初期支护喷砼；6-超前管棚；7-型钢钢架；8-超前小导管；9-锚杆钻孔；10-锚杆。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作详细的说明。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明，应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
本发明为一种适用于富水软岩单线铁路隧道加固设计方法，如图1所示，其设计方法为：
S1.采用智能探水预测一体化算法对掌子面前方水况进行处理计算；
S2.通过智能探水预测一体化算法处理得到掌子面2前方的隧道中单宽涌水量预测值Q；
得到公式：Q＝Q1+Q2+Q3；
式中：Q——隧道中单宽涌水量预测值；Q1、Q2、Q3——隧道两侧及底部的分部单宽涌水量；
S3.通过智能探水预测一体化算法处理得到所述掌子面2前方的涌水发展趋势；
S4.通过智能探水预测一体化算法处理得到所述掌子面2前方的水压大小预测值；
S5.计算在高风险工况下涌水注浆压力P、注浆量E及止浆墙4厚度B；
其上述的S2步骤中通过“智能探水预测一体化算法”处理得到所述掌子面2前方的隧道中单宽涌水量预测值Q的过程为；
Q＝Q1+Q2+Q3
式中；Q——隧道中单宽涌水量预测值；Q1、Q2、Q3——隧道两侧及底部的分部单宽涌水量；K——由钻探抽水试验及综合测井，按水文地质条件筛选、分析取得的渗透系数；H1、H2——隧道两侧地下水水头高度；R1、R2——隧道两侧地下水向隧道入渗的外边界宽度；h——当隧道内地下水位降低至排水侧沟顶面时的深度；r——隧道断面半径(断面宽度/2)；M0——隧道下部透水裂隙发育的深度。
其上述的S3步骤中通过“智能探水预测一体化算法”处理得到所述掌子面2前方的涌水发展趋势预测采用DFA分析法，具体如下：
S31.设涌水时间序列为：ξ(t),t＝1,2,...,n。
S32.建立一新序列：
式中：为序列ξ(t)的平均值。
S33.将新序列Y(i)划分为长度为s的Ns＝int(n/s)个不相交的等长子区间(即Ns为序列Y(i)的区间数，s为区间长度)，因序列长度N不一定被s整除为保证涌水序列信息不丢失，采用“正反划分法”：即先从序列的前端开始向后划分然后从序列末端开始反向前再划分一次这样共得到2Ns个等长子区间。
S34.对每个子区间v(v＝1,2,…，2Ns)的数据进行多项式回归拟合，得到局部趋势函数yv(i)，yv(i)可以是一次、二次或更高次多项式(一般分别记为DFA1,DFA2,…),然后，消除各子区间内趋势，计算其方差均值，通常的二次拟合方式如下：
S35.确定全序列的波动函数F(s)：
S36.对不同长度s重复上述计算，若隧道涌水是长程幂律相关的，故有：
F(s)∞sa；
a为标度指数；
绘制和的双对数坐标图，其直线斜率即为标度指数。
S37.根据a的取值可进行如下分析：a<0.5，表示隧道涌水是反相关的；0.5<a<1.0，表示隧道涌水为长程正相关；a＝0.5，a＝1.0隧道涌水表现随机性；a>1.0时，时间序列具有持久性的长程相关，但不是幂律相关。
其上述的S4步骤中通过智能探水预测一体化算法处理得到所述掌子面(2)前方的水压大小预测采用如下公式；
式中：P1——衬砌承受的水压；R0——衬砌内半径；R1——衬砌外半径；Rg——注浆圈外半径；K1——衬砌渗透系数；Kg——注浆层渗透系数；Kr——围岩渗透系数。
其上述的S5步骤中涌水注浆压力的计算公式如下：
P＝(2～4)MPa+P0；
式中：P——涌水注浆压力；P0——涌水压力；
注浆量计算公式如下：
E＝(n·π·D2/4)·L·a·η；
式中：E——注浆量；D——注浆范围；L——注浆段长；n——岩层裂隙率；a——浆液在岩石裂隙中的充填系数，取a＝0.3～0.9；η——浆液消耗率；
所述止浆墙4厚度如下：
B＝P0r/[σ]+0.3r；
式中：B——止浆墙厚度；P0——止浆终压；r——注浆面隧道开挖半径；[σ]——混凝土墙允许抗压强度。
实施例2
本发明为一种适用于富水软岩单线铁路隧道加固施工方法，依据上述一种适用于富水软岩单线铁路隧道加固设计方法所得进行施工，如图2所示，其施工的步骤为：
S1.按照设计施工隧道正洞超前钻探泄水孔1，采集各类地质数据，如图3-5所示；
S2.依据计算的出数值来判断此处工况的风险，便于采取相应的因对措施，判断依据如下；
通过“智能超前探水预测一体化算法”加权计算各组分判别分级、计算系数及权数分配如下所示：
表1RSR渗水量分级表
表2DFA涌水发展趋势系数分配表
表3涌水压力系数分配表
表4“智能超前探水预测一体化平台”各组分权数分配表
通过“智能超前探水预测一体化算法”加权计算公式及风险判别依据如下所示：
风险系数＝各组分系数*各组分权数
表5掌子面前方风险判别表
S3.若依据加权计算各组分判别分级判断结果为高风险工况，即施作所述止浆墙4、进行超前帷幕注浆、架设管棚工作室、施作超前管棚7、进行注浆；
S4.若依据加权计算各组分判别分级判断结果为低风险工况，则对所述掌子面加固并进行上台阶喷砼封闭随后进行锚杆12锚固、架设所述管棚工作室、施作所述超前管棚7与所述超前小导管9随后再进行注浆；。
其上述的步骤S1中的超前钻探泄水孔1为在掌子面2上布置四个孔，且分别为一个水平孔与三个外插孔，且开孔直径Φ90，孔长30m，每20m/循环，外插孔端头应在开挖轮廓外8m，如图3-5所示。
其上述的步骤S3中的超前帷幕注浆开始之前需要进行超前帷幕注浆钻孔，超前帷幕注浆与超前帷幕注浆钻孔的顺序应为应按由下到上、由外到内、由远水源处向近水源处、间隔跳孔四个原则进行，注浆时孔口位置应准确定位，与设计位置的允许偏差为+5cm，偏角应符合设计要求，每钻进一段，检查一段，及时纠偏，孔底位置偏差应小于30cm，且所设止浆墙4由螺纹钢3搭建构成，如图6-8所示。
其上述的步骤S3与步骤S4中搭设的管棚工作室管棚工作室按原设计标准断面初期支护完成后内轮廓向外扩挖0.4m，管棚工作室长5m，采用型钢钢架8加强初期支护，纵向间距0.6m/榀，每榀钢架底部设一组Φ42锁脚锚管，长4m/根，待管棚施作完成后拱部工作室范围恢复钢架及初期支护闭合，并按正常断面施作第二层钢架及初期支护，超挖部分采用C25喷射砼进行初期支护pentong6回填密实，且搭设的超前管棚7均为热轧无缝钢管制成，超前管棚7壁厚5mm，管棚的管壁须钻注浆孔，注浆孔的孔径8～10mm，注浆孔的孔间距10～20cm，呈梅花形布置，注浆孔前端加工成锥形，尾部长度不小于30cm，作为不钻孔的止浆段，注浆压力一般为0.5～4.0MPa，具体浆液配合比和注浆压力由现场实验确定，如图9-12所示。
其上述的步骤S4中掌子面2加固使用锚杆12注浆充填进行地层锚固，且所使用的锚杆12为全长粘结玻璃纤维锚杆，锚杆12设置的间距为1.2×1.2m(横向×纵向)且呈梅花形布置，锚杆12共8根，每根长12m且搭接长度3m，低风险工况中的超前管棚7与超前小导管9需进行注浆，一般采用水泥单液浆，水灰比0.5:1～0.8:1，应根据揭示情况及压浆试验情况相应调整配比，当围岩破碎、地下水发育时，为调凝需要，可部分采用水泥-水玻璃双液浆，要求浆液强度等级不小于M10，如图13-14所示。
实施例3
本发明实际中的运用为：
在现场施工开始之前采集各类地址数据，需采集的数据包括：实时分段记录钻进速度、围岩坚硬程度，孔内掉块、钻进缓慢且卡钻、裹钻、顶钻情况及位置；地下水出水点位置，水质、水量及水质清澈情况，并分段测量水压以及钻孔突进的位置，钻进速度突变点、地下水由清变浊或由浑浊变清的位置、水量突然变化的位置及变化情况等。
计算涌水量时先由钻探抽水试验及综合测井，按水文地质条件筛选、分析取得的渗透系数K＝1×10-6m/s，随后通过测量得出隧道两侧地下水水头高度H1、H2分别为130m、150m，隧道两侧地下水向隧道入渗的外边界宽度R1、R2分别为110m、135m，隧道内地下水位降低至排水侧沟顶面时的深度h＝0.15m，隧道断面半径r＝6m,隧道下部透水裂隙发育的深度M0＝1.2m,依据上述数据得出Q1＝8023m3/dQ2＝5543m3/dQ3＝11237m3/d,并采用“智能探水预测一体化算法”计算出当前工况的隧道中单宽涌水量预测值Q＝8268m3/d；
之后采用DFA分析法对涌水发展趋势预测进行分析；
计算水压大小预测之前得知衬砌内半径R0＝4m、衬砌外半径R1＝6m、注浆圈外半径Rg＝11m、衬砌渗透系数K1＝1×10-7m/s、注浆层渗透系数Kg＝1×10-8m/s、围岩渗透系数Kr＝1×10-6m/s，将上述值带入公式中，得出衬砌承受的水压P1＝2.4MPa。
在通过“智能探水预测一体化算法”进行加权计算各组分判别分级，在通过加权计算公式以及风险判别依据对工况风险进行判断。
若是水量大的工况，采用超前帷幕注浆与超前管棚6加固措施，先测量放线，标注钻孔位置，等施工机械与人员就位之后，钻孔方式根据成孔的难易程度而定，注浆直至满足注浆标准，随后架设管棚工作室，封闭上台阶掌子面，施作超前管棚6并注浆，若是水量小的工况，架设管棚工作室施作超前管棚6与超前小导管8并注浆，同时在上台阶喷砼封闭后采用玻璃纤维锚杆10加固掌子面2。
如果在水量大的高风险工况下需要通过“智能探水预测一体化算法”计算出涌水注浆压力、注浆量及止浆墙厚度，
得知涌水压力P0＝0.4MPa，通过公式P＝(2～4)MPa+P0得出涌水注浆压力P＝2.4MPa；
得知注浆范围D＝6m、注浆段长L＝10m、岩层裂隙率n＝1.2％、浆液在岩石裂隙中的充填系数a＝0.6(a＝0.3～0.9)、浆液消耗率η＝1.1％、依据上述数据通过公式E＝(n·π·D2/4)·L·a·η，得出注浆量E＝2.24m3；
得知止浆终压P0＝0.5MPa、注浆面隧道开挖半径r＝5.77m、混凝土墙允许抗压强度[σ]＝1.2MPa，通过公式B＝P0r/[σ]+0.3r，考虑实际情况得出止浆墙厚B＝4.5m。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种适用于富水软岩单线铁路隧道加固设计方法，其特征在于，包括所述设计方法为：
S1.采用智能探水预测一体化算法处理计算,得出所需掌子面前方水况的数据情报；
S11.通过智能探水预测一体化算法处理得到掌子面(2)前方的隧道中单宽涌水量预测值Q；
得到公式：Q＝Q1+Q2+Q3；
式中：Q——隧道中单宽涌水量预测值；Q1、Q2、Q3——分别为隧道两侧及底部的分部单宽涌水量；
S12.通过智能探水预测一体化算法处理得到所述掌子面(2)前方的涌水发展趋势；
S13.通过智能探水预测一体化算法处理得到所述掌子面(2)前方的水压大小预测值；
S14.计算在高风险工况下涌水注浆压力P、注浆量E及止浆墙(4)厚度B；
所述S11中通过智能探水预测一体化算法处理得到所述掌子面(2)前方的隧道中单宽总涌水量预测值Q的过程为；
Q＝Q1+Q2+Q3
式中；Q——隧道中单宽涌水量预测值；Q1、Q2、Q3——分别为隧道两侧及底部的分部单宽涌水量；K——由钻探抽水试验及综合测井，按水文地质条件筛选、分析取得的渗透系数；H1、H2——隧道两侧地下水水头高度；R1、R2——隧道两侧地下水向隧道入渗的外边界宽度；h——当隧道内地下水位降低至排水侧沟顶面时的深度；r——隧道断面半径；M0——隧道下部透水裂隙发育的深度；
所述S12步骤中通过智能探水预测一体化算法处理得到所述掌子面(2)前方的涌水发展趋势预测采用DFA分析法，具体如下：
S31.设涌水时间序列为：ξ(t),t＝1,2,...,n；
S32.建立一新序列：
式中：为序列ξ(t)的平均值；
S33.将新序列Y(i)划分为长度为s的Ns＝int(n/s)个不相交的等长子区间；式中：Ns为序列Y(i)的区间数，s为区间长度；
因序列长度N不一定被s整除为保证涌水序列信息不丢失，采用“正反划分法”：即先从序列的前端开始向后划分然后从序列末端开始反向前再划分一次这样共得到2Ns个等长子区间；
S34.对每个子区间v的数据进行多项式回归拟合，得到局部趋势函数yv(i)，yv(i)为一次、二次以及更高次多项式,然后，消除各子区间内趋势，计算其方差均值，二次拟合方式如下：
S35.确定全序列的波动函数F(s)：
S36.对不同长度s重复上述计算，若隧道涌水是长程幂律相关的，故有：
F(s)∞sa
a为标度指数；
绘制和的双对数坐标图，其直线斜率即为标度指数；
S37.根据a的取值进行如下分析：
当a<0.5，表示隧道涌水是反相关的；
当0.5<a<1.0，表示隧道涌水为长程正相关；
当a＝0.5，a＝1.0隧道涌水表现随机性；
当a>1.0时，时间序列具有持久性的长程相关，但不是幂律相关；
所述S13步骤中通过智能探水预测一体化算法处理得到掌子面前方的水压大小预测采用如下公式；
式中：P1——衬砌承受的水压；R0——衬砌内半径；Rw——衬砌外半径；Rg——注浆圈外半径；K1——衬砌渗透系数；Kg——注浆层渗透系数；Kr——围岩渗透系数；
所述S14步骤中涌水注浆压力的计算公式如下：
P＝(2～4)MPa+P3
式中：P——涌水注浆压力；P3——涌水压力；
注浆量计算公式如下：
E＝(n×π×D2/4)×L×a1×η
式中：E——注浆量；D——注浆范围；L——注浆段长；n——岩层裂隙率；a1——浆液在岩石裂隙中的充填系数，取a1＝0.3～0.9；η——浆液消耗率；
所述止浆墙(4)厚度如下：
B＝P0r1/[σ]+0.3r1
式中：B——止浆墙(4)厚度；P0——止浆终压；r1——注浆面隧道开挖半径；[σ]——混凝土墙允许抗压强度。
2.一种适用于富水软岩单线铁路隧道加固施工方法，其特征在于，包括权利要求1所述设计方法进行施工，所述施工方法为：
S61.进行超前钻探泄水孔(1)，采集地质情况；
S62.判断工况风险；
S63.若依据加权计算各组分判别分级判断结果为高风险的工况，即施作所述止浆墙(4)、进行超前帷幕注浆、架设管棚工作室、施作超前管棚(6)、进行注浆；
S64.若依据加权计算各组分判别分级判断结果为低风险的工况，则对所述掌子面(2)加固并进行上台阶喷砼封闭随后进行锚杆(10)锚固、架设所述管棚工作室、施作所述超前管棚(6)与超前小导管(8)随后进行注浆。
3.根据权利要求2所述的一种适用于富水软岩单线铁路隧道加固施工方法，其特征在于，所述S61步骤中所述超前钻探泄水孔(1)的布置为掌子面(2)布设4个孔，分别为1个水平孔与3个外插孔。
4.根据权利要求2所述的一种适用于富水软岩单线铁路隧道加固施工方法，其特征在于，所述S63步骤中所述超前帷幕注浆进行超前帷幕注浆钻孔，且所述超前帷幕注浆钻孔和所述超前帷幕注浆顺序为：由下到上、由外到内、由远水源处向近水源处、间隔跳孔四个方法进行。
5.根据权利要求2所述的一种适用于富水软岩单线铁路隧道加固施工方法，其特征在于，所述S63步骤与所述S64步骤中管棚工作室由搭建完成的初期支护的内轮廓向外扩挖至少0.4m，并进行初期支护喷砼(5)，而所述超前管棚(6)的管材均采用热轧无缝钢管制成，所述钢管管壁管壁进行钻注浆孔，孔径8～10mm，孔间距10～20cm，尾部长度不小于30cm，作为不钻孔的止浆段，注浆压力采用0.5～4.0Mpa。
6.根据权利要求2所述的一种适用于富水软岩单线铁路隧道加固施工方法，其特征在于，所述S64步骤中先在掌子面(2)上开设锚杆钻孔(9)随后通过锚杆(10)对所述掌子面(2)进行加固，所述超前管棚(6)与所述超前小导管(8)均进行注浆，采用水泥单浆液，水灰质量比为(0.5～0.8):1。
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