盾构隧道衬砌结构渗透系数计算方法技术

盾构隧道衬砌结构渗透系数计算方法，步骤实施：(1)确定隧道几何特性；(2)确定隧道周围地层渗透系数k

【技术实现步骤摘要】
盾构隧道衬砌结构渗透系数计算方法
本专利技术涉及一种属隧道结构参数计算领域，具体涉及一种盾构隧道衬砌结构渗透平均系数的确定方法。
技术介绍
盾构隧道由管片拼装而成，管片与管片之间的接缝叫做接头。渗水是运营隧道的主要病害之一，而接头是盾构隧道渗水的主要部位，混凝土管片渗水量与接头相比较少。但在设计和施工的实践中，为了不使计算变得过于复杂，通常将隧道衬砌简化为均值圆环，认为衬砌各处渗透系数相等，称为衬砌平均渗透系数。因此准确确定隧道衬砌的平均渗透系数对得到正确的计算结果具有重要意义。目前关于衬砌平均渗透系数的确定方法主要有以下几种方法：(1)忽略接头法在某些设计中，忽略了衬砌接头对隧道的影响，认为隧道是由混凝土管片构成的均质圆环，且视混凝土为不透水材料，认为地下水不会由衬砌渗入隧道。这种方法与实际情况不符，使隧道承受了较大的外部水压力，因此计算结果与实际情况也有一定的出入。(2)经验法在工程实践中，隧道周围地层的渗透系数可由前期勘探结果得到。经验法即在隧道周围地层渗透系数已知的情况下，根据经验人为给定衬砌平均渗透系数与隧道周围地层渗透系数的比值，从而计算出衬砌平均渗透系数。然而由于该比值是根据经验人为确定的，具有较大的主观性，也较难得到比较正确的衬砌平均渗透系数，计算结果与实际情况也有一定出入。(3)数值法在数值建模拟软件中将隧道衬砌模拟为均质圆环，人为确定一组平均渗透系数，将其依次赋给均质圆环进行数值计算。若计算得到的渗漏量与实际渗漏量相差不大，便人为当前值为衬砌的平均渗透系数。该方法可以确定一个与衬砌平均渗透系数真实值相差不大的数值解，但其过程复杂，估计渗透系数范围时需要经验支撑，也不容易求出最优解。现有的计算方法主要存在以下两个方面的问题：1、依靠经验支撑，计算前需要对衬砌平均渗透系数值的范围进行大致判别，计算结果与实际情况存在一定误差。2、主观性强，需要人为给定参数，且该参数随接头构造与隧道周围地层水文地质条件的不同有所改变，不利于进行软件计算，无法进行商业软件开发。目前衬砌平均渗透系数的确定主要还是以经验法为主，在部分设计中直接忽略混凝土管片与接头的渗水性。这两种方法所得到的衬砌平均渗透系数均与其真实值有一定误差，从而对设计阶段的隧道内力、变形以及运营阶段的隧道耐久性和沉降等计算都会产生一定的影响。因此正确确定衬砌平均渗透系数对于指导合理设计、施工具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种计算盾构隧道衬砌结构平均渗透系数的方法，更准确地计算衬砌平均渗透系数的值。本专利技术采用以下技术方案：一种盾构隧道衬砌结构平均渗透系数的计算方法，其特征是按如下步骤实施：(1)利用已有集水井量测该区段内渗入隧道的地下水总体积Vl；(2)计算隧道单位时间单位面积渗漏量Ql：首先计算出集水区段隧道的外表面积S和集水时间t，用Vl除以S与t的乘积，便得到隧道单位时间单位面积渗漏量Ql；(3)计算隧道单位时间单位面积渗漏量Qs；由于土体中的渗漏水由隧道接头全部渗入隧道中，故Qs等于Ql；(4)确定隧道基本几何参数：确定隧道外径R、内径r0、地表到隧道中心的距离h；(5)确定隧道周围地层的渗透系数ks；(6)计算隧道与地层交界面的水头高度HR；根据隧道外径R、内径r0、地表到隧道中心的距离h，以及隧道周围地层的渗透系数ks，计算出隧道与地层交界面的水头高度HR；(7)计算隧道衬砌平均渗透系数kl；根据隧道外径R、内径r0、地表到隧道中心的距离h，以及隧道与地层交界面的水头高度HR，计算出隧道衬砌平均渗透系数kl。其中kl通过联立以下两个方程进行计算：本专利技术为了建立更准确的衬砌平均渗透系数计算方法，以设置集水井的方式得到隧道的渗流量，根据隧道的基本几何参数和隧道周围地层的渗透系数，从理论上推导了衬砌平均渗透系数的计算公式，和其他衬砌平均渗透系数的计算方法相比较，具有如下特点：(1)衬砌平均渗透系数完全由数学公式计算得出，且所有用于计算的参数具有客观性，不依赖于经验判断，避免了计算过程中的主观影响；(2)计算程序固定，参数较少且较好获得，计算公式较少，计算量小，可用于商业软件的二次开发；(3)使用该方法计算得到的平均衬砌渗透系数更为准确，对于正确计算隧道内力、变形以及准确预测隧道运营阶段的病害情况具有积极意义；附图说明图1为本专利技术的流程图。图2计算过程中涉及到的参数示意图。图3为算例示意图。图4为隧道管片错缝拼装轴测图示意图。图5为隧道集水井示意图。具体实施方式参见图1，实施步骤如下：(1)开始；(2)利用已有集水井量测该区段内渗入隧道的地下水总体积Vl；(3)计算隧道单位时间单位面积渗漏量Ql：首先计算出集水区段隧道的外表面积S和集水时间t，用Vl除以S与t的乘积，便得到隧道单位时间单位面积渗漏量Ql；(4)计算隧道单位时间单位面积渗漏量Qs；由于土体中的渗漏水由隧道接头全部渗入隧道中，故Qs等于Ql；(5)确定隧道基本几何参数：确定隧道外径R、内径r0、地表到隧道中心的距离h；(6)确定隧道周围地层的渗透系数ks；(7)计算隧道与地层交界面的水头高度HR；根据隧道外径R、内径r0、地表到隧道中心的距离h，以及隧道周围地层的渗透系数ks，计算出隧道与地层交界面的水头高度HR；(8)计算隧道衬砌平均渗透系数kl；根据隧道外径R、内径r0、地表到隧道中心的距离h，以及隧道与地层交界面的水头高度HR，计算出隧道衬砌平均渗透系数kl。其中kl通过联立以下两个方程进行计算：本专利技术基于渗流理论，建立了衬砌平均渗透系数计算的数学模型，根据隧道几何参数和隧道周围地层渗透系数计算出衬砌平均渗透系数，该结果与当前主流的经验法相比更为准确，受主观性影响小，不依赖于经验判断，参数简单、计算量小，可用于商业软件的二次开发。对于设计施工过程中得到正确的计算结果具有积极意义。下面通过实例进一步描述本专利技术某盾构隧道中心距地表15m，外径和内径分别为6.3m和6m，隧道周围为软土地层，其渗透系数为ks＝3×10-9m/s，杨氏弹性模模量E＝10MPa，泊松比ν＝0.3，地下水位位于地表。测量所得的渗漏段内单位面积单位时间的渗水量Ql＝9.3×10-9m/s。隧道中的水全部由土体中渗漏而来，故Qs＝Ql＝9.3×10-9m/s。于是由公式可算的隧道与土体的交界面处的水头大小为：再由公式可算得衬砌的平均渗透系数为：。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种盾构隧道衬砌结构平均渗透系数的确定方法，其特征是按如下步骤实施：(1)利用的集水井收集量测该区段内渗入隧道的地下水总体积V

【技术特征摘要】
1.一种盾构隧道衬砌结构平均渗透系数的确定方法，其特征是按如下步骤实施：(1)利用的集水井收集量测该区段内渗入隧道的地下水总体积Vl；(2)计算隧道单位时间单位面积渗漏量Ql：首先计算出集水区段隧道的外表面积S和集水时间t，用Vl除以S与t的乘积，便得到隧道单位时间单位面积渗漏量Ql；(3)计算隧道单位时间单位面积渗漏量Qs；由于土体中的渗漏水由隧道接头全部渗入隧道中，故Qs等于Ql；(4)确定隧道基本几何参数：确定隧道外径R...

【专利技术属性】
技术研发人员：张冬梅，尹振宇，黄宏伟，彭茂竹，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海,31