一种确定地下隧道渗水量及防水材料的方法及系统技术方案

本公开涉及地下隧道结构，具体提供了一种确定地下隧道渗水量及防水材料的方法及系统，其中方法包括：建立深部地下隧道渗水量计算的简化模型；求解析解并计算地下隧道渗水量；根据渗水量大小选取满足要求的防水材料。本公开可根据不同地层、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渗水量，从而指导隧道结构防水防渗设计，精细化选材。对隧道结构的安全，精细化防水设计、工程投资的节约性方面都有良好的社会和经济效益。益。益。

【技术实现步骤摘要】
一种确定地下隧道渗水量及防水材料的方法及系统


[0001]本公开涉及地下隧道结构
，尤其是一种确定地下隧道渗水量及防水材料的方法及系统。

技术介绍

[0002]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。
[0003]目前城市浅部地下隧道等结构防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。地下隧道结构的排水以明排为主，常见设置排水沟如下：(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。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。
[0004]现有的众多防排水技术，多适用于50m以浅空间，较少深入50m以下，运用并不成熟。且目前依然存在以下问题：1)现有的防水防渗设计不考虑外部渗水量大小，按结构埋深确定防水等级并选取相应的防水材料；2)各专业不尽相同，铁路、水利水电、人防工程等行业均有不同的防水防渗设计方法，但不具备定量计算、适量选材的特点，可能存在富水段防水材料富余不足，而贫水段防水材料富余的问题。3)对于城市深部地下结构的防水防渗设计并无相对明确的说明，一定程度可以借鉴浅部结构防水防渗的经验，但与既有浅部工程差异依然十分明显。
[0005]综上所述，目前城市深部地下隧道的防水防渗设计多为常规卷材及涂料做多层、多厚的特点，无法根据深部地下空间高水头特征进行针对性设计。且隧道渗水量的计算，各行业也未有统一的方法，致使部地下隧道的防水无法与渗水量产生联系。可能导致深部地下隧道富水段防水材料富余度不足，而贫水段防水材料冗余的问题。

技术实现思路

[0006]为解决上述现有技术问题，本公开提供了一种确定地下隧道渗水量及防水材料的方法，包括：
[0007]建立深部地下隧道渗水量计算的简化模型；
[0008]求解析解并计算地下隧道渗水量；
[0009]根据渗水量大小选取满足要求的防水材料。
[0010]优选地，所述建立深部地下隧道渗水量计算简化模型是参数化特征包括：
[0011]二次衬砌外径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k
c
，间隙面层厚度t，间隙面层渗透系数k
m
，隔水帷幕圈外围中心距地下水水头高为h0，隧道二次衬砌外围中心水头高为h1。
[0012]优选地，所述简化模型的特征包括：
[0013]隧道外水压力为等值径向压力；
[0014]作用于帷幕圈的水压力沿隧道纵轴方向服从线性分布；
[0015]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h
1max
。
[0016]优选地，所述求解析解并计算地下隧道渗水量，具体包括：
[0017]每间距D范围内隧道渗流量Q1为：
[0018][0019]其中，k
c
为初期支护渗透系数，h0为隔水帷幕圈外围中心距地下水水头高，r0为隔水帷幕外圈外径，r1为二次衬砌或管片外径。
[0020]优选地，每延米隧道初期支护渗水量为：
[0021][0022]其中，k
m
为间隙面层渗透系数，t为间隙面层厚度，D为排水盲管中心距。
[0023]优选地，由间隙面层汇入间距D范围内隧道的渗流量为：
[0024]其中，Ai为单位水力坡降。
[0025]优选地，在x＝(0，D/2)范围内，水头分布满足：
[0026][0027]优选地，水头在任意纵轴向x与任意径向r平面内的分布规律为：
[0028][0029]其中，h(r)为二次衬砌径向水头高度，h(x)为二次衬砌纵轴向水头高度.
[0030]优选地，所述根据渗水量大小选取满足要求的防水材料，具体包括：
[0031]依据所计算的渗水量大小，结合深部地下隧道防水防渗设计规范、防水材料的物理指标要求，针对性的选取能够抵挡该渗水量的防水材料。
[0032]本公开还提供了一种确定地下隧道渗水量及防水材料的系统，所述系统用于确定地下隧道渗水量及防水材料的方法上，包括：
[0033]模型建立模块，配置为建立深部地下隧道渗水量计算的简化模型；
[0034]求解模块，配置为求解析解并计算地下隧道渗水量；
[0035]选材模块，配置为根据渗水量大小选取满足要求的防水材料。
附图说明
[0036]图1为本公开所提供的隧道渗水量计算参数分布图；
[0037]图2为本公开所提供的隧道排水盲管间水压力分布图；
[0038]图3为本公开所提供的帷幕圈渗流计算微元体模型图。
具体实施方式
[0039]下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
[0040]目前城市深部地下隧道的防水防渗设计多为常规卷材及涂料做多层、多厚的特点，无法根据深部地下空间高水头特征进行针对性设计。且隧道渗水量的计算，各行业也未有统一的方法，致使部地下隧道的防水无法与渗水量产生联系。可能导致深部地下隧道富水段防水材料富余度不足，而贫水段防水材料冗余的问题。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渗水量，从而指导隧道结构防水防渗设计，精细化选材。对城市地下隧道工程的设计、施工有重要意义。
[0041]基于此，如图1所示，本公开实施例提供了一种确定城市深部地下隧道渗水量及防水材料的方法。
[0042]可首先建立城市深部地下隧道及排水盲管简化模型，获得隧道简化模型特征参数值，包括：二次衬砌(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k
c
，间隙面层(防水层)厚度t，间隙面层(防水层)渗透系数k
m
，隔水帷幕圈外围中心距地下水水头高为h0，隧道二次衬砌或管片外围中心水头高为h1，排水盲管中心距D。
[0043]再将上述所获参数代入理论解析计算，进而获得城市深部地下隧道的渗水量Q。
[0044]最后依据所计算的渗水量大小，结合深部地下隧本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种确定地下隧道渗水量及防水材料的方法，其特征在于，包括：建立深部地下隧道渗水量计算的简化模型；求解析解并计算地下隧道渗水量；根据渗水量大小选取满足要求的防水材料。2.根据权利要求1所述的确定地下隧道渗水量及防水材料的方法，其特征在于，所述建立深部地下隧道渗水量计算简化模型是参数化特征包括：二次衬砌外径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k
c
，间隙面层厚度t，间隙面层渗透系数k
m
，隔水帷幕圈外围中心距地下水水头高为h0，隧道二次衬砌外围中心水头高为h1。3.根据权利要求2所述的确定地下隧道渗水量及防水材料的方法，其特征在于，所述简化模型的特征包括：隧道外水压力为等值径向压力；作用于帷幕圈的水压力沿隧道纵轴方向服从线性分布；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h
1max
。4.根据权利要求3所述的确定地下隧道渗水量及防水材料的方法，其特征在于，所述求解析解并计算地下隧道渗水量，具体包括：每间距D范围内隧道渗流量Q1为：其中，k
c
为初期支护渗透系数，h0为隔水帷幕圈外围中心距地下水水头高，r0为隔水帷幕外圈外径，r1为二次衬砌或管片外径。5.根据权利要求4所述的确定地下隧道渗水量及防水材料的...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹珂，石林，谢俊，董俊，黄振科，陈远洲，于群丁，邢琼，林作忠，向贤华，王华兵，刘玟君，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：