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隧道涌水量預測方法綜述

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系統闡述了隧道涌水量預測的各種方法,從各種方法的原理出發,闡明了它們的優缺點和適用條件及其工程應用情況。

  摘要:系統闡述了隧道涌水量預測的各種方法,從各種方法的原理出發,闡明了它們的優缺點和適用條件及其工程應用情況。

  關鍵詞:隧道工程,地下水動力學法,涌水量計算,正演與反演分析

  中圖分類號: U45 文獻標識碼:A 文章編號:

  Calculation method for tunnel seepage prediction summarize

  Ma Cheng-hao Bai Chen-guang

  (Technology Center of China State Construction Engrg Corp.Ltd, Beijing 101300, China)

  Abstract: It is discussed that the water-gushed yield of a tunnel is predicted by several methods. According to these theoried, it is illustrated that the shortcomings and the demerits and employment in the practice.

  Key words: tunnel engineering, underground hydrodynamic method, flowrate of groundwater, flowrate and inverse analysis.

  1 引 言

  目前,在淺埋或深埋隧道建設中,隧道涌水是一種相當普遍而又復雜的地質災害。隧道涌水易發生在滲透性強、水量豐富、巖體破碎的地層巖體中,特別是褶皺和斷層發育的地區,對地下水滲透通道的大小和連通性都會產生顯著影響。隧洞掘進時,破壞了含水層結構,改變了水動力條件,且圍巖應力重新分布,打破了原有的力學平衡狀態,在部分洞側和洞頂出現切向拉應力,從而使巖體裂隙或原有的細微裂縫增寬增大,以致地下水體所儲存的能量以流體(有時有固體物質伴隨)高速運移形式瞬間釋放而產生的一種動力破壞。隧道施工中突發涌水,不僅會造成儀器設備的損失,被迫停工,延誤工期;而且如果涌水量過大,還會造成人員的傷亡,消耗大量的施工費用。因此,如何較為準確的計算隧道涌水量的大小,為以后的工程防排水措施提供技術準備,然而,由于隧道所處自然環境的復雜多變,其工程地質條件與水文地質條件的高度不確定性,給隧道涌水量的準確預測和計算帶來極大的困難。

  隧道涌水量預測研究已經有近半個多世紀的歷史,特別是近幾十年來,無論研究的深度和廣度都有了很大的拓展,但也存在許多缺點和不足。工程上應用較多的為傳統的專業理論計算公式,許多專家和學者根據工程的具體情況對傳統公式進行了修正或引入一些新理論方法對隧道涌水量進行預測,并取得了一定的成效。但從科學與應用的角度來看,這些方法仍然還不夠完善,其實用性和推廣性也還有待提高。

  國內隧道涌水量預測研究多為結合工程個別實例作簡要的零碎的地質描述,與整個隧道工程系統地結合和分析研究相對較少[1]。隧道涌水量的預測計算是水文地質學科中的一個重要的理論問題,迄今為止尚無成熟的理論和公認的準確計算方法[2]。

  1.1 隧道涌水量預測研究現狀

  國內隧道涌水量在隧道工程中多為結合工程個別實例作簡要的零碎的地質描述,與整個隧道工程系統的結合和分析研究相對少。隧道涌水量的預測計算是水文地質學科中的一個重要的理論問題,同時也是隧道防排水設計和施工中一個亟待解決的實際問題,迄今為止尚無成熟的理論和公認的準確計算方法,表1是幾個涌水大的鐵路隧道預估值和實測值的對比關系,從表中可看出,預估值和實測值相差很大,究其原因,主要是因為隧道涌水的復雜性和多變性以及人們對現場水文工程地質條件的認識不完善。要解決這個問題,一方面,應強調通過各種先進的勘察手段,盡可能多地獲取涌水系統的重要信息;另一方面,應提倡科學思維,用新的觀念和新的理論來完善與充實。

  表1 隧道涌水量預估值與實測值對比

  鐵路線名隧道名涌水預估值(104m3/d)實際涌水值(104m3/d)

  襄渝線大巴山4.1420.55

  川黔線婁山關6.0019.20

  昆貴線巖腳寨0.6610.08

  1.2 隧道涌水量預測的研究分類

  隧道涌水量是高水區富水位隧道設計和施工的重要參數。為了更好的設計和施工,把隧道涌水量計算可分為兩階段:

  (1)針對圍巖尚未開挖部分,根據各種方法計算出的、用于指導隧道設計、施工的涌水量稱之為正演涌水量。在隧道圍巖尚未開挖前和施工初期,根據勘查階段的鉆孔資料、當地的地質條件(巖性、構造、含水層富水帶等)及氣象條件、河流水文狀況資料,推斷可能的隧道涌水點,運用地下水動力學法、經驗解析法、數值法(有限元和有限差分法)等,計算涌水點可能發生的涌水量的大小及排水后圍巖滲流場的分布,為堵水預注漿方案、排水設施方案、抗水壓襯砌形式做出初步的設計。

  (2)根據隧道已經施工部分監測涌水量計算出的、用于指導隧道已開挖部分建筑設計的涌水量稱之為反演涌水量。當隧道掘進以后,通過對圍巖的變形、結構、構造、巖性等信息大量的采集,對前方的掌子面地質情況做出預測,對已出現的涌水點可采用時間序列分析法、灰色理論方法、模糊數學方法等預測和計算涌水量的大小。該階段預測的涌水量,能夠對未來涌水量發展趨勢做出估計,可作為下一步隧道設計和施工的參考,具有一定的參考價值,但遇到圍巖局部突變部位(斷層、裂隙、破碎帶等),就應該采取更加保險的預防措施,避免可能出現較大的涌水量,造成不必要的經濟損失。

  2 隧道涌水量預測的主要方法

  目前隧道涌水量的計算方法較多,為了能準確的預測涌水量的大小,采用有效的預測和計算方法是保證安全設計和正常施工的前提。現在隧道工程中比較適用的預測和計算方法有以下幾種。

  2.1 地下水動力學法

  地下水動力學法又稱解析法,屬于正演涌水量的計算,它是根據地下水動力學原理用數學解析的方法對給定邊界條件和初值條件下的地下水運動建立解析式,結合工程經驗給出的隧道涌水量預測的公式從而達到預測隧道涌水量的目的。該法是根據施工前和施工初期的勘測資料,計算隧道初期最大涌水量q0-經常涌水量qs、遞減涌水量qt。主要的計算方法有如下幾種:

  (1)大島洋志公式:

  (2)鐵路勘測規范中經驗公式:

  (3)佐藤幫明公式[1]:

  (4)鐵路勘測規范中經驗公式:

  由于正演涌水量的計算中,對隧道圍巖的結構及地質情況作了較大簡化,與隧道開挖后的實際情況可能有一定出入,這是由于當隧道開始出現涌水時,地下水開始從巖體向臨空面滲流并排出。由于擾動區壓力水頭的作用,滲流通道(裂隙、斷層破碎帶)被沖刷和侵蝕并不斷的獲得補給,導致滲流通道變大變寬。涌水點涌水的最終結果可分為兩種:(1)水流逐漸衰減,部分疏干,最終達到穩定,并形成涌水點為頂點的降落漏斗,(2)水流逐漸衰減,全部疏干,最終斷流。

  對于擾動區附近有控制性邊界(如定水頭邊界)的含水層,降落漏斗擴展并連通了邊界后,獲得了穩定的補給,此時水頭不一定會降落到隧道底板標高,可能在隧道頂部一定標高形成穩定的降落漏斗;對于附近沒有控制性邊界的無限含水層,隨漏斗的擴展,擾動區的邊界不斷向外移動,直到地下水位降落到隧道底板附近且變成穩定流為止。從上面的分析,可以用如圖1來表示涌水量大小變化過程。

  2.2 水理統計法[1]

  水理統計法的基礎系將河流枯水期單位流域集水面積上之徑流量視為是隧道通過地區地下水的單位面積徑流量,并且,在此范圍內之地下水都流人隧道內,因此隧道之總涌水量可以近似地認為等于隧道集水面積乘以枯水期地表水之徑流量。此法在有河流枯水期流量記錄處最為適用。

  2.3 水平衡法[3]

  自Thomthwait等人(1948,1957)建立水平衡法以來,它已成為水文和環境分析中最常用的工具和手段。水平衡法是根據水平衡原理,查明隧道施工期水平衡各收入、支出部分之間的關系進而獲得施工段的涌水量。當施工地段地下水的形成條件較簡單時,采用水平衡法有良好的效果,如分水嶺地段、小型自流盆地等。但是,使用水平衡法計算時,由于天然水平衡場受到礦坑采動等因素的影響,使滲入系數、均衡期、最大涌水量起峰期等參數難于確定。這些問題長期妨礙水平衡法的廣泛應用。

  2.4 比擬法

  比擬法應用類似的隧道水文地質資料來計算,立足于勘探區與借以比擬的施工區條件一致。因此,這種方法的預測精度取決于試驗段和施工段的相似性,兩者越相似則精度越高,反之則越差。比擬法適用于已開工隧道,通過導坑開挖的實測涌水量推算主坑涌水量,或用主坑已開挖地段之實測涌水量推算未開挖地段之涌水量的方法。此法系在地質比較均勻,比擬地段的水文地質條件相似,且涌水量與隧道體積成正比的條件下進行的。

  2.5 數值分析法

  數值分析法也是一種傳統的數學分析方法(如差分法,有限元法等)。自從R.W.Clough_1 在5O年代將有限元運用于航空工程飛機結構的矩陣分析,經過幾十年的發展,尤其是近20年來廣泛迅速的發展,計算技術促進了數值分析方法的變革與創新。數值法是一種具有遠大前景的分析法,近幾年發展很快。

  2.6 地下徑流模數法

  該法與水文地質比擬法有些相似,一般來說,在巖溶發育較為均勻的一定流域內,其補給條件一般比較相近。故只要求出流域的地下徑流模數和圈出擬建隧洞的集水面積,把通過的擬建隧洞等同于暗河,即可求出通過該流域隧道的地下水涌水量(即暗河徑流總量)。

  2.7 非線性理論方法

  通過對隧道涌水的深入研究,人們發現隧道涌水往往是一個非線性系統[4] ,系統本身是一個不斷與外部環境進行物質、能量和信息交換的開放系統,具有協同性、自組織性、信息性的特點。顯然用線性理論或線性化理論來研究一個非線性系統是與客觀實際相悖的,隧道涌水預測的可靠性也必然受影響。

  2.8 動態設計階段隧道涌水量的計算

  在隧道開挖后, 使用獲取的全部或部分數據,反分析隧道的實際涌水量并對涌水量未來的發展趨勢作出預測的方法為反演方法。反演涌水量以實際觀測的數據為依據,采用時間序列分析、灰色理論或神經網絡等方法[5]對已開挖部分的涌水量作出預測,減少了對地質體認識中的主觀因素,因而在客觀性方面具有一定優勢,可以作為隧道設計中修正的數據使用。

  由于有些關鍵因素無法觀測,有規律的預測不能給出局部突變部位,因而這種后驗方法給出的涌水量只能作為該段襯砌設計的參考,雖然可使用于前方未開挖巖體涌水量的預測,但也是相當粗糙且不是很可靠的。

  3 結 論

  隧道涌水量的預測計算方法很多,目前較為常用的是上述幾種方法,但其預測精度遠遠不夠,究其原因主要是隧道是一個復雜的開放系統,是非線性的。目前人們對隧道的認識還不是很完善,因此涌水量的預測必須采用多種方法結合,多學科交叉的手段,以提高預測精度。必須走綜合勘探的路子,在地面測繪的基礎上必需采用多種勘探手段相互印證,查清其水文地質的補、徑、排條件,這是預測隧道涌水量最基礎的工作。

  對隧道涌水預測計算要貫穿于從勘測設計到施工這一整個過程,要在施工階段對設計階段的計算成果不斷地進行反饋修正,以完善隧道涌水預測的準確率,提高掌子面施工前方的涌水預報效果,更好地服務于施工。

  參考文獻(References):

  [1] 陳正勛,侯嘉松.卵礫石山岳隧道降水及防水處理探討(一)[J].現代營建(臺灣),20O2,9(21):11—20.

  [2] 蒙彥,雷明堂.巖溶區隧道涌水研究現狀及建議[J].中國巖溶,2OO3.

  [3] 何新林,郭生練.天山山區水平衡法徑流模型的研究[J].西北水資源與水工程,1996,7(3).

  [4] 徐則民,黃潤秋,羅杏春.特長巖溶隧道涌水預測的系統辨識方法[J].水文地質工程地質,2002(4).

  [5] 黃運飛, 馮靜.計算工程地質學[M]北京:兵器工業出版社,1992. 101~ 108.

  [6] 鄧百洪,方建勤.隧道涌水預測方法的研究[J].公路交通技術,2005,21(6):161—163.

  [7] 王建秀,朱合華,葉為民.隧道涌水量的預測及其工程應用.巖石力學與工程學報,2004,23(7):1150-1153.

  [8] 張有天.巖石水力學與工程.北京,中國水利水電出版社,2005.275-277.

  作者簡歷:

  馬程昊(1985- ),男,碩士研究生,主要從事隧道與地下工程方面的研究與應用。工作單位:中國建筑股份有限公司技術中心-巖土工程研究所,

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