一种基于折算转化渗透系数的隧道排水量分区控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于折算转化渗透系数的隧道排水量分区控制方法，沿纵向延伸方向由后向前将所施工隧道划分为多个隧道节段，对多个隧道节段分别进行隧道排水量控制，所有隧道节段的隧道排水量控制方法均相同；对任一个隧道节段进行隧道排水量控制时，包括步骤：一、隧道排水量预测；二、衬砌折算转化渗透系数计算；三、隧道控制排水量确定；四、堵水限排控制水位标准确定；五、堵水限排区判断；六、堵水限排：采用注浆系统向该隧道节段的衬砌外侧注浆并形成注浆圈，以对该隧道节段进行堵水限排。本发明专利技术方法步骤简单、设计合理且实现方便、使用效果好，通过分区并结合合理的堵水限排控制水位标准对生态敏感区隧道排水量进行有效控制。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术设及一种隧道排水量控制方法，尤其是设及一种基于折算转化渗透系数的 隧道排水量分区控制方法。
技术介绍
生态敏感区是指那些对人类生产、生活活动具有特殊敏感性或具有潜在自然灾害 影响，极易受到人为的不当开发活动影响而产生生态负面效应的地区。隧道施工(尤其是长 大隧道施工）引发的涌排水、地面塌陷、环境污染、植被破坏等问题极大程度上干扰和破坏 了生态系统的结构和功能，威胁地下水系统健康。随着我国十二五规划的进行，公路、铁路 隧道发展迅速，大量隧道穿越生态敏感区，面临隧道施工安全与保护生态环境的双重矛盾， 设计中虽然采用"防"、"排"、"截"、"堵"的原则进行隧道涌排水设计，但是尚缺乏量化标准。 有关隧道涌水量预测的研究已有近半个世纪，相应提出和发展了很多种隧道涌水量预测方 法，常规的隧道涌水量预测方法为水压力折减法、数值计算法、经验法等。采用有限元方法 (如有限元数值计算法)计算隧道涌水量并不复杂，但是山岭隧道较长，建立整体分析模型 比较困难，也耗费时间；常规轴对称均质解析解概念清楚，计算简单，应用比较广泛，但要根 据轴对称解进行隧道排水量的具体控制，尚未有合适的方法，因而不能对隧道排水量进行 有效控制。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于折算 转化渗透系数的隧道排水量分区控制方法，其方法步骤简单、设计合理且实现方便、使用效 果好，通过分区并结合合理的堵水限排控制水位标准对生态敏感区隧道排水量进行有效控 制。 为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种基于折算转化渗透系数的 隧道排水量分区控制方法，其特征在于:沿纵向延伸方向由后向前将所施工隧道划分为多 个隧道节段，对多个所述隧道节段分别进行隧道排水量控制，所有隧道节段的隧道排水量 控制方法均相同；对任一个隧道节段进行隧道排水量控制时，包括W下步骤：[000引步骤一、隧道排水量预测:采用常规的隧道排水量预测方法，对该隧道节段的每延 米隧道排水量进行预测，并获得该隧道节段的隧道排水量预测值Q，Q的单位为mVm . S; 步骤二、衬搁折算转化渗透系数计算:根据步骤一中得出的隧道排水量预测值Q， 并按照公式Uh计算得出该隧道节段的衬搁折算转化渗透系数 kj"，k:的单位为m/s; 公式中（1 )，kr为该隧道节段的围岩渗透系数且其单位为m/s，该隧道节段的衬搁 厚度为D且其横断面的外边缘线长度为1，D和I的单位均为m;将该隧道节段的衬搁横断面换 算成圆形断面后获得等效圆形衬搁，所述等效圆形衬搁的外半径且其内半径ro = n-D;该隧道节段的远场稳定水头在半径为n的位置处，H为该隧道节段的远场稳定水头的 水头高度，r〇、ri、r2和H的单位均为m; 步骤=、隧道控制排水量确定：根据步骤一中得出的隧道排水量预测值Q，并按照 公式（2')，计算得出该隧道节段的控制排水量q; 公式(2)中，W为该隧道节段所处区域的年平均降雨量且其单位为mm，E为该隧道节 段所处施工区域的年平均蒸发量且其单位为mm，F为该隧道节段涌水的汇水面积且其单位 为km 2，Qpw为该隧道节段所处施工区域的植被生态需水量且其单位为m3，L为该隧道节段的 长度且其单位为m;Q()为该隧道节段的隧道涌水总量且Qq = C ? Q ? L，其中c = 365X24X 3600 ;n为该隧道节段恢复地下径流的水文年且n含2年； 步骤四、堵水限排控制水位标准确定:根据步骤二中计算得出的衬搁折算转化渗 透系数和步骤=中计算得出该隧道节段的控制排水量q，并按照公式Dh计算得出该隧道节段的堵水限排控制水位标准化，化的单位 为m;公式中（3)，m为折减系数且m = 0.86; 步骤五、堵水限排区判断：根据步骤四中计算得出的该隧道节段的堵水限排控制 水位标准化，并结合该隧道节段所穿越地层的水位高度化，对该隧道节段是否为堵水限排区 进行判断：当出^化时，该隧道节段为堵水限排区，并进入步骤六；否则，当出>化时，无需对 该隧道节段进行堵水限排处理； 步骤六、堵水限排:采用注浆系统向该隧道节段的衬搁外侧注浆并形成注浆圈，W 对该隧道节段进行堵水限排；[001引注浆之前，先对注浆圈的厚度d进行确定;其中d = rg-;ri(4);公式(4)中，rg为注浆 圈的半径且。根据公式 （5)进行确定;公式(5)中，kg为注浆体渗 透系数且其单位为m/s。 上述，其特征是:步骤一 中进行隧道排水量预测时，采用有限元数值计算法计算得出该隧道节段的隧道排水量预测 值Q。 上述，其特征是:所述隧 道节段的长度为50m~150m。 上述，其特征是:所述隧 道节段的长度为100m。 上述，其特征是:步骤= 中所述的n = 0.5年~I年。 上述，其特征是:步骤六 中所述注浆圈的厚度d<8m。 上述，其特征是:步骤六 中所述注浆系统所注的水泥浆液为水泥浆，且kg= 1.6 X l(T8m/s。 上述，其特征是:步骤五 中所述的化为通过水文地质勘察实测出的该隧道节段所穿越地层的水位高度。 上述，其特征是:步骤二 中所述该隧道节段的衬搁为复合式衬搁，步骤六中所述注浆圈位于复合式衬搁外侧。 本专利技术与现有技术相比具有W下优点： 1、方法步骤简单、设计合理且实现方便，计算量小。 2、将所施工隧道分为多个隧道节段分别进行隧道排水量控制，实现隧道排水量分 区控制，针对各隧道节段，采用不同的排水量控制标准，排水量控制更为合理。 3、所采用堵水限排控制水位标准的确定方法简单、设计合理且实现方便，能简便、 快速对各隧道节段的堵水限排控制水位标准进行确定，并且所确定的堵水限排控制水位标 准合理、准确。由于生态敏感区隧道设计中普遍采用防排截堵得原则进行防排水设计，但目 前缺乏排水量控制的量化标准，很难通过解析解求得，常规做法需要借助有限元数值方法 求解，求解过程复杂，实现困难。而本专利技术在常规轴对称解准确计算隧道排水量的基础上， 根据衬搁折算转化渗透系数和计算得出的该隧道节段的控制排水量q，对该隧道节段的 堵水限排控制水位标准化进行确定。 4、将所施工隧道分为多个隧道节段，并根据各隧道节段的实际地下水位与堵水限 排控制水位标准化，对其是否为堵水限排区进行判断，并根据判断结果确定是否需对该隧 道节段进行堵水限排，从而实现所施工隧道排水量的分区精确、有效控制。 5、所采用的堵水限排方法简单、实现方便且使用效果好，所采用的浆液为水泥浆， 注浆体渗透系数kg恒定，只需对注浆圈厚度进行确定即可，实现方便且计算结果准确，并且 能对各隧道节段进行简便、快速地堵水限排，经济实用。 6、使用效果好且实用价值高，推广应用前景广泛，提出了一种可靠、易于操作的隧 道排水量分区控制方法，能准确控制隧道排水量，尤其是能满足生态敏感区隧道施工的排 水需求。首先假定衬搁结构均匀渗水，将复合式衬搁简化并等效为圆形衬搁，在隧道本身涌 水量恒定（即隧道及衬搁结构不变的情况下），采用有限元数值计算方法得到设置排导系统 的隧道涌水量，并通过反演分析得到衬搁折算转化渗透系数，再根据生态需水量得到生态 敏感区隧道限排标准（即堵水限排控制水位标准），随后对隧道节段是当前第1页1 2 3 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于折算转化渗透系数的隧道排水量分区控制方法，其特征在于：沿纵向延伸方向由后向前将所施工隧道(1)划分为多个隧道节段，对多个所述隧道节段分别进行隧道排水量控制，所有隧道节段的隧道排水量控制方法均相同；对任一个隧道节段进行隧道排水量控制时，包括以下步骤：步骤一、隧道排水量预测：采用常规的隧道排水量预测方法，对该隧道节段的每延米隧道排水量进行预测，并获得该隧道节段的隧道排水量预测值Q，Q的单位为m3/m·s；步骤二、衬砌折算转化渗透系数计算：根据步骤一中得出的隧道排水量预测值Q，并按照公式计算得出该隧道节段的衬砌折算转化渗透系数的单位为m/s；公式中(1)，kr为该隧道节段的围岩渗透系数且其单位为m/s，该隧道节段的衬砌厚度为D且其横断面的外边缘线长度为l，D和l的单位均为m；将该隧道节段的衬砌横断面换算成圆形断面后获得等效圆形衬砌(2)，所述等效圆形衬砌(2)的外半径且其内半径r0＝r1‑D；该隧道节段的远场稳定水头在半径为r2的位置处，H为该隧道节段的远场稳定水头的水头高度，r0、r1、r2和H的单位均为m；步骤三、隧道控制排水量确定：根据步骤一中得出的隧道排水量预测值Q，并按照公式计算得出该隧道节段的控制排水量q；公式(2)中，W为该隧道节段所处区域的年平均降雨量且其单位为mm，E为该隧道节段所处施工区域的年平均蒸发量且其单位为mm，F为该隧道节段涌水的汇水面积且其单位为km2，Qpw为该隧道节段所处施工区域的植被生态需水量且其单位为m3，L为该隧道节段的长度且其单位为m；Q0为该隧道节段的隧道涌水总量且Q0＝c·Q·L，其中c＝365′24′3600；n为该隧道节段恢复地下径流的水文年且n≤2年；步骤四、堵水限排控制水位标准确定：根据步骤二中计算得出的衬砌折算转化渗透系数和步骤三中计算得出该隧道节段的控制排水量q，并按照公式计算得出该隧道节段的堵水限排控制水位标准H0，H0的单位为m；公式中(3)，m为折减系数且m＝0.86；步骤五、堵水限排区判断：根据步骤四中计算得出的该隧道节段的堵水限排控制水位标准H0，并结合该隧道节段所穿越地层的水位高度H1，对该隧道节段是否为堵水限排区进行判断：当H1≤H0时，该隧道节段为堵水限排区，并进入步骤六；否则，当H1＞H0时，无需对该隧道节段进行堵水限排处理；步骤六、堵水限排：采用注浆系统向该隧道节段的衬砌外侧注浆并形成注浆圈(3)，以对该隧道节段进行堵水限排；注浆之前，先对注浆圈(3)的厚度d进行确定；其中d＝rg‑r1 (4)；公式(4)中，rg为注浆圈(3)的半径且rg根据公式进行确定；公式(5)中，kg为注浆体渗透系数且其单位为m/s。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘昭，姚红志，史宝童，赵礽晔，张晓旭，张秀平，
申请(专利权)人：中交第一公路勘察设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61