基于综合渗控的富水隧洞施工排水量定量计算方法技术

本发明专利技术采用的技术方案是：一种基于综合渗控的富水隧洞施工排水量定量计算方法，包括以下步骤：a.获得隧洞沿线天然条件下各地质段的天然涌水量估算数据，隧洞施工要求的允许渗涌水量和隧洞功能环境允许渗涌水量边界条件；b.基于隧洞各地质分段采取的渗控措施，采用数值模拟技术计算各地质段在对应的渗控措施下隧洞渗涌水量的折减系数；c.基于各地质段的折减系数计算隧洞沿程的各地质段的渗控后的渗涌水量和沿程累计渗涌水量；d.确定隧洞施工至掌子面的排水量为沿程累计渗涌水量加上外供水产生的施工废水；e.选择隧洞施工至掌子面的排水量的最大值作为排水资源配置依据。本发明专利技术可获得相对可靠的隧洞施工排水量计算结果。

【技术实现步骤摘要】
基于综合渗控的富水隧洞施工排水量定量计算方法
本专利技术涉及地下工程
，具体涉及一种基于综合渗控的富水隧洞施工排水量定量计算方法。
技术介绍
近年来，随着我国基础设施建设向西部地区大规模转移，在铁路、公路、水利等领域隧洞尤其是深埋长隧洞工程日益增多。然而由于地形地貌和施工条件限制，深埋长隧洞选线时不可避免穿越复杂的不良地质地层。隧洞在穿越可溶岩地层或水系连通断层破碎带等富水地层时，存在着重大的涌水突泥风险，因此在设计阶段充分考虑地下水的控制与排放，对保护地下水环境和控制施工安全都尤为重要。但工程界一直没有统一的隧洞施工期排水量计算规范；因缺少定量计算，一般将施工期排水费用笼统地列入工程其它费中，在富水隧洞施工过程中往往容易出现费用超概现象；严重时还会出现因排水资源配置不足而引起重大淹水安全事故，造成生命财产损失、工期延误等诸多负面影响。
技术实现思路
本专利技术的目的就是针对现有技术的缺陷，提供一种基于综合渗控的富水隧洞施工排水量定量计算方法，获得相对可靠的隧洞施工排水量计算结果。本专利技术采用的技术方案是：一种基于综合渗控的富水隧洞施工排水量定量计算方法，其特征在于包括以下步骤：a.获得隧洞沿线天然条件下各地质段的天然涌水量估算数据，隧洞施工要求的允许渗涌水量和隧洞功能环境允许渗涌水量边界条件；b.基于隧洞各地质分段采取的渗控措施，采用数值模拟技术计算各地质段在对应的渗控措施下隧洞渗涌水量的折减系数；c.基于各地质段的折减系数计算隧洞沿程的各地质段的渗控后的渗涌水量和沿程累计渗涌水量；d.确定隧洞施工至掌子面的排水量为沿程累计渗涌水量加上外供水产生的施工废水；e.选择隧洞施工至掌子面的排水量的最大值作为排水资源配置依据。上述技术方案中，步骤c还包括以下步骤：统计隧洞沿程各地质段渗控后的渗涌水量和沿程累计渗涌水量，分别取最大值并与隧洞功能环境允许渗涌水量边界条件和隧洞施工要求的允许渗涌水量比较复核；如果各地质段渗控后的渗涌水量和沿程累计渗涌水量大于隧洞功能环境允许渗涌水量边界条件或隧洞施工要求的允许渗涌水量则调整渗控措施并重复步骤b和c；如果各地质段渗控后的渗涌水量和沿程累计渗涌水量均小于或等于隧洞功能环境允许渗涌水量边界条件和隧洞施工要求的允许渗涌水量，则进行步骤d。上述技术方案中，外供水产生的施工废水为相对固定的小量，通常忽略不计。上述技术方案中，步骤c包括以下步骤：动态分段计算隧洞沿程的渗涌水量：其中，Qm＝Q0mξim，Qn＝Σ(Q0mξim)；其中Qm为第m段的渗控后渗涌水量；Q0m为已开挖洞段中第m段的天然渗涌水量；ξim为对应隧洞沿程地质分段第m段中采取渗控措施Ki时隧洞渗涌水量的折减系数；Qn为开挖至掌子面桩号n时的沿程累计渗涌水量。上述技术方案中，根据现场施工要求计算满足隧洞施工要求的允许渗涌水量。上述技术方案中，根据隧洞功能允许渗涌水量和施工允许渗涌水量确定渗控措施。上述技术方案中，步骤b中采用三维渗流模型，模拟具有不同渗透性的不同岩层在采取渗控措施后的渗流场，以获得各渗控措施Ki下隧洞渗涌水量；该量与对应天然条件下的天然渗涌水量的比值即定义为渗控措施Ki下隧洞渗涌水量折减系数ξi。针对现有技术的不足，本专利技术在充分利用综合渗控措施的条件下、提供一种技术可行、计算简便、结果相对可靠的隧洞施工排水量计算方法。本专利技术适用于富水条件下隧洞施工渗控决策及施工排水量定量计算，具有技术可行、计算简便、安全可靠的技术优势，可以针对富水隧洞，优选满足隧洞施工要求和隧洞功能环境要求的合适渗控措施，便于配置满足排水安全的排水资源，可以在前期设计阶段即考虑足够的投资，避免实施阶段出现施工费用超概现象，减少施工风险，避免因排水资源配置不足而引起的重大淹水安全事故，有利于保障生命财产安全和保障工期。附图说明图1是本专利技术计算原理示意图；图2是本专利技术的计算流程示意图具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步的详细说明，便于清楚地了解本专利技术，但它们不对本专利技术构成限定。如图1所示，本专利技术为实施例的某深埋长隧洞工程，分多个施工段施工，其中某富水洞段独头掘进长度2138m，在掘进方向上按水文地质条件分为4段。计算原理示意见图1，以下按图2所示计算方法流程进一步详述如下：(一)、根据水文地质勘察资料，该洞段沿线天然条件下的渗涌水量估算数据Q0m＝(16.61，10.26，5.65，15.10)m3/(m.d)，其中m＝1～4。根据隧洞输水功能和地下水环境保护要求，相应允许渗涌水量[Qg]＝3.0m3/(m.d)。(二)、依据相关规范，结合具体施工条件，确定满足隧洞施工要求的允许渗涌水量[Qs]1＝3.6m3/(m.d)，同时还需满足掌子面附近一定洞长内允许渗涌水量[Qs]2＝0.1m3/s，全洞段总渗涌水量[Qs]3＝0.3m3/s。(三)、根据隧洞功能允许渗涌水量和施工允许渗涌水量，采取的渗控措施为“滞后掌子面约100m实施二次衬砌+滞后二衬约100m实施径向灌浆堵水”，紧跟开挖实施的一次支护和滞后的二次衬砌均需埋管引流，故朝隧洞掘进方向沿程的渗控措施分别为Ki＝(灌浆堵水，约200m长天然渗水)，其中i＝1，0。初选灌浆材料为普通水泥浆。(四)、采用三维渗流模型，模拟在具有不同渗透性的不同岩层中，在采取衬砌、灌浆、排水等渗控措施后的渗流场，获得各渗控措施Ki下隧洞渗涌水量，该量与对应天然条件下的涌水量的比值即定义为渗控措施Ki下隧洞渗涌水量折减系数ξi。经前述数值模拟计算，灌注普通水泥浆时，天然渗涌水时(五)、基于灌注普通水泥浆渗控措施，分段计算隧洞沿程的渗涌水量为：Qm＝Q0mξim＝(10.34，4.75，2.58，9.58)m3/(m.d)。(六-1)、统计隧洞沿程各段累计渗涌水量，并与[Qg]和[Qs]值比较复核。由(五)可知，除Q3满足要求外，Q1、Q2和Q4都不满足要求，还需返回步骤(三)重新调整第1段、第2段和第4段的渗控措施。(六-2)、经研究分析，对第1段和第4段采取二次化学灌浆，对第2段采取二次超细水泥灌浆。(六-3)、仍采用(四)中所述数值模拟技术计算得各渗控措施Ki下隧洞渗涌水量的折减系数ξi。经渗控措施调整后，(i＝1～4)，天然渗涌水时(六-4)、基于调整后各段渗控措施，分段计算隧洞沿程的渗涌水量可得：Qm＝Q0mξim＝(0.56，2.61，2.58，0.50)m3/(m.d)。(六-5)、统计隧洞沿程各段累计渗涌水量，并与[Qg]和[Qs]值比较复核。1)由(六-4)可知，采取渗控措施后的分段渗涌水量均已满足Qm≤[Qg]＝3.0m3/(m.d)和Qm≤[Qs]1＝3.6m3/(m.d)的要求。2)经复核，隧洞各分段中距掌子面200m范围内未灌浆段的渗涌水量(0.038，0.024，0.013，0.35)m3/s也均满足≤[Qs]2＝0.1m3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于综合渗控的富水隧洞施工排水量定量计算方法，其特征在于包括以下步骤：/na.获得隧洞沿线天然条件下各地质段的天然涌水量估算数据，隧洞施工要求的允许渗涌水量和隧洞功能环境允许渗涌水量边界条件；/nb.基于隧洞各地质分段采取的渗控措施，采用数值模拟技术计算各地质段在对应的渗控措施下隧洞渗涌水量的折减系数；/nc.基于各地质段的折减系数计算隧洞沿程的各地质段的渗控后的渗涌水量和沿程累计渗涌水量；/nd.确定隧洞施工至掌子面的排水量为沿程累计渗涌水量加上外供水产生的施工废水；/ne.选择隧洞施工至掌子面的排水量的最大值作为排水资源配置依据。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于综合渗控的富水隧洞施工排水量定量计算方法，其特征在于包括以下步骤：
a.获得隧洞沿线天然条件下各地质段的天然涌水量估算数据，隧洞施工要求的允许渗涌水量和隧洞功能环境允许渗涌水量边界条件；
b.基于隧洞各地质分段采取的渗控措施，采用数值模拟技术计算各地质段在对应的渗控措施下隧洞渗涌水量的折减系数；
c.基于各地质段的折减系数计算隧洞沿程的各地质段的渗控后的渗涌水量和沿程累计渗涌水量；
d.确定隧洞施工至掌子面的排水量为沿程累计渗涌水量加上外供水产生的施工废水；
e.选择隧洞施工至掌子面的排水量的最大值作为排水资源配置依据。


2.根据权利要求1所述的基于综合渗控的富水隧洞施工排水量定量计算方法，其特征在于步骤c还包括以下步骤：统计隧洞沿程各地质段渗控后的渗涌水量和沿程累计渗涌水量，分别取最大值并与隧洞功能环境允许渗涌水量边界条件和隧洞施工要求的允许渗涌水量比较复核；如果各地质段渗控后的渗涌水量和沿程累计渗涌水量大于隧洞功能环境允许渗涌水量边界条件或隧洞施工要求的允许渗涌水量则调整渗控措施并重复步骤b和c；如果各地质段渗控后的渗涌水量和沿程累计渗涌水量均小于或等于隧洞功能环境允许渗涌水量边界条件和隧洞施工要求的允许渗涌水量，则进行步骤d。


3.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏利军，倪锦初，高昂，朱学贤，张传健，赵峰，王曙东，胡建明，刘晓路，帖熠，
申请(专利权)人：长江勘测规划设计研究有限责任公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42