【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于城市深部地下隧道结构设计，具体涉及一种深部地下隧道排水盲管流量及直径的确定方法。
技术介绍
1、地下水控制，是地下空间开发中无法避免的重要课题。在城市浅部地下空间，已有较为成熟的地下水控制技术，而城市深部隧道的地下水控制，尚属于新的课题，亟需技术探索，为即将到来的城市深部地下空间开发建筑提供技术积累。
2、目前城市浅部地下隧道等结构防排水主要以设置隔水帷幕明+全包防水层并结合结构自防水设计。复合式防水层在初期支护与二次衬砌之间通长采用防水板(pvc)或现场喷涂防水材料加土工布作为缓冲层(图1)。
3、地下隧道结构的排水以明排为主，常见设置排水沟如下(图2)：(1)环向排水盲沟：沿横向结构纵向均匀布置的环向排水盲沟，承担着直接搜集由围护结构、初期支护渗透而来的地下水。(2)纵向排水盲沟：与竖井结构不同的是，纵向排水盲沟，仅需在外部排数系统的底部设置，其作用是收集环向排水沟汇入的地下水，并排水横向结构空间内部的排水系统。
4、在设置排水沟的同时，内部结构更多采用横沟、或纵向排水沟，然后进一步集中抽排，部分结构采用局部设置引水盲管或泄水洞的形式抽排，以保证施工期间无明水作业，运营期间无渗漏水。
5、现有的众多防排水技术依然存在以下问题：1)现有的众多防排水技术，多适用于50m以浅的地下空间结构，深部隧道的结构防排水是否适用不尽而知；2)针对排水、防排混合型防水设计因无法定量计算排水盲管的渗水量，导致排水盲管的选择多依托于工程经验，无法选取适合相应流速的最优直径，往往因直径较
6、目前深部地下隧道的防排水设计多采用防排混合型防水，在初期支护及二衬之间设置防水层，并在结构内外侧设置排水盲管集水排出。该方法在浅部地下结构防排水中富有成效，但是无法根据深部地下空间高水头特征进行针对性设计。且隧道环向排水盲管的渗水量未有定量计算的方法，致使部地下隧道的排水盲管选择多凭借工程经验，无法选取适合相应流速的最优直径，可能因盲管直径较小而形成堵塞，或因直径较大而不经济，严重的影响地下结构局部安全。
7、因此，如何针对不同地层、隔水帷幕、防水材料及排水盲管间距的设置参数，来定量计算地下深部隧道的环向排水盲管渗水量，从而根据管道的经济流速确定排水盲管最优直径，精细化选材。对深部地下隧道工程的设计、施工及降造方面均有良好的应用前景，对深部地下隧道工程的设计、施工有重要意义。
技术实现思路
1、针对上述技术问题，本专利技术提供了一种深部地下隧道排水盲管流量及直径的确定方法，通过简化城市深部地下隧道外水压力与其尺寸、隔水帷幕及排水盲管间的模型参数，定量获得地下隧道环向排水盲管的渗水量，再依据渗水量大小，结合建筑、水利排水规范要求，确定排水盲管重力自流的经济流速v，反算排水盲管的最优直径，并合理经济的选择对应直径的排水盲管，达到根据深部隧道流量精确选择最佳直径排水盲管的目的，对深部地下隧道精细化防排水设计有重要工程实践意义和应用前景。
2、本专利技术提供的技术方案如下：
3、一种深部地下隧道排水盲管流量及直径的确定方法，包括以下步骤：
4、(1)建立深部地下隧道环向排水盲管渗水量计算简化模型并确定参数化特征；
5、所述简化模型由从内至外的二衬或管片、间隙面层和帷幕圈组成的圆形管道结构；
6、参数化特征包括：二衬或管片外径r1，隔水帷幕外圈外径r0，隔水帷幕圈厚度t，隔水帷幕渗透系数kc，间隙面层厚度t，间隙面层渗透系数km，隔水帷幕圈外围与隧道中心水平线交点处距地下水水头高为h0，隧道二衬或管片外围与隧道中心水平线交点处水头高为h1；
7、(2)求解析解并计算深部地下隧道环向排水盲管渗水量，包括：考虑边界条件，计算初期支护内渗流的常量；计算初期支护向间隙面层渗流过程中二次衬砌峰值水压力，进一步计算排水盲管渗水量；
8、(3)根据排水盲管渗水量大小确定排水盲管的最优直径。
9、进一步，所述步骤(1)中，假设隧道衬砌及周围岩土体都是均质体，忽略介质的自重，同时假设材料渗透系数在各个方向相同，且渗流方向以径向为主，忽略浮力的影响。
10、进一步，所述步骤(1)中，深部地下隧道具备如下特征：
11、(1)假定外水压力为等值径向压力；
12、(2)作用于帷幕圈的水压力，为围岩初始水头高度为h0；作用于二次衬砌上的水头高度为h1，其沿隧道纵轴方向服从线性分布；
13、(3)沿隧道纵向设置间距为d的排水盲管，在排水管处水头为0，在两个排水管连线中间达到最大值h1max。
14、进一步，所述步骤(2)中，边界条件为：
15、3)当r＝r0时，水头h＝h0；
16、4)当r＝r1时，水头h＝h(x)；
17、其中，r为初期支护内计算点半径，圆心为简化模型隧道圆心；h为初期支护内计算点的水头；以排水盲管中心的连线为横轴，最左端排水盲管中心为原点，纵轴为x轴，沿纵向分布的外水水头为h(x)。
18、进一步，所述步骤(2)中，初期支护内渗流的常量包括b和c；
19、
20、
21、进一步，所述步骤(2)中，二次衬砌峰值水压力为：
22、
23、式中，h1max为两个排水盲管连线中间水头高度的最大值，t为间隙面层厚度，d为排水盲管中心距。
24、更进一步，步骤(2)中排水盲管渗水量q为：
25、
26、进一步，所述步骤(3)中，依据所计算的环向排水盲管渗水量大小，结合建筑、水利排水规范要求，确定排水盲管重力自流的经济流速v，反算得排水盲管直径d。
27、更进一步，所述步骤(3)中，水盲管直径d，计算式如下：
28、
29、本专利技术的有益效果如下：
30、本专利技术提供了一种深部地下隧道排水盲管流量及直径的确定方法，通过简化城市深部地下隧道外水压力与其尺寸、隔水帷幕及排水盲管间的模型参数，定量获得地下隧道的环向排水盲管渗水量。通过定量描述，可依据排水盲管渗水量的大小，建筑、水利排水规范要求，确定排水盲管重力自流的经济流速要求，计算得深部地下隧道排水盲管的最优直径，对城市深部地下隧道精细化防排水设计有重要工程实践意义和应用前景。
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1.一种深部地下隧道排水盲管流量及直径的确定方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的深部地下隧道排水盲管流量及直径的确定方法，其特征在于，所述步骤(1)中，假设隧道衬砌及周围岩土体都是均质体，忽略介质的自重，同时假设材料渗透系数在各个方向相同，且渗流方向以径向为主，忽略浮力的影响。
3.根据权利要求1所述的深部地下隧道排水盲管流量及直径的确定方法，其特征在于，所述步骤(1)中，深部地下隧道具备如下特征：
4.根据权利要求1所述的深部地下隧道排水盲管流量及直径的确定方法，其特征在于，所述步骤(2)中，边界条件为：
5.根据权利要求4所述的深部地下隧道排水盲管流量及直径的确定方法，其特征在于，步骤(2)中，初期支护内渗流的常量包括B和C；
6.根据权利要求1所述的深部地下隧道排水盲管流量及直径的确定方法，其特征在于，步骤(2)中，二次衬砌峰值水压力为：
7.根据权利要求6所述的深部地下隧道排水盲管流量及直径的确定方法，其特征在于，步骤(2)中排水盲管渗水量q为：
8.根据权利要求1所
9.根据权利要求8所述的深部地下隧道排水盲管流量及直径的确定方法，其特征在于，所述步骤(3)中，水盲管直径d，计算式如下：
...【技术特征摘要】
1.一种深部地下隧道排水盲管流量及直径的确定方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的深部地下隧道排水盲管流量及直径的确定方法，其特征在于，所述步骤(1)中，假设隧道衬砌及周围岩土体都是均质体，忽略介质的自重，同时假设材料渗透系数在各个方向相同，且渗流方向以径向为主，忽略浮力的影响。
3.根据权利要求1所述的深部地下隧道排水盲管流量及直径的确定方法，其特征在于，所述步骤(1)中，深部地下隧道具备如下特征：
4.根据权利要求1所述的深部地下隧道排水盲管流量及直径的确定方法，其特征在于，所述步骤(2)中，边界条件为：
5.根据权利要求4所述的深部地下隧道排水盲管流量及直径的确定方法，其特征在于，步...
【专利技术属性】
技术研发人员：石林，曹珂，谢俊，黄振科，颜永逸，董俊，陈远洲，于群丁，朱勇，林作忠，王华兵，向贤华，毛良根，陈剑伟，闫顺，
申请(专利权)人：中铁第四勘察设计院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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