山岭隧道防排水设计原则与设计方法研究.pdf
《山岭隧道防排水设计原则与设计方法研究.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《山岭隧道防排水设计原则与设计方法研究.pdf(7页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、第 4 0卷 , 第 2期 2 0 1 5年 4月 公 路 工 程 Hi g h wa y En g i n e e r i n g Vo 1 40,No 2 Ap r , 2 0 1 5 山岭隧道 防排水设计原则与设计方法研究 袁海清 , 傅鹤林 ,郑浩 ,周 明 ( 1 湖南省大岳 高速公 路建设开发有 限公 司,湖南 岳 阳4 1 4 0 0 0 ; 2 中南大学 ,湖南 长沙4 1 0 0 7 5 ) 摘要根据向家隧道 的地质情 况 , 构建 了该隧道 的防排水 原则 , 即“ 以堵为主 , 限量排放 ” 。通过理 论推导 出了注浆堵水后隧道的渗水量计算公式, 计算分析了注浆圈厚度与渗
2、水量的相互关系。根据注浆费用和排水费用 平衡原则, 由此确定了合理的注浆圈厚度。本文的研究成果可为类似隧道的防排水设计提供参考。 【 关键词 】山岭隧道 ;防排 水 ; 设计原 则 ; 设计方法 【 中图分类号U 4 5 2 2 文献标识码A 文章编号】1 6 7 4 0 6 1 0 ( 2 0 1 5 ) 0 2 0 1 6 3 0 6 S t u d y o n W a t e r p r o o f a n d Dr a i n a g e De s i g n Pr i n c i pl e s a n d I t s M e t h o d s f o r M o u n t a i
3、 n Tu n ne l YUAN Ha i q i n g ,FU He l i n ,ZHENG Ha o ,ZHOU M i n g ( 1 Hu n a n A d m i n i s t r a t i o n L T D o f H i g h w a y E x p r e s s C o n s t r u c t i o n , Y u e y a n g , H u n a n 4 1 4 0 0 0 , C h i n a ; 2 C e n t r a l S o u t h U n i v e r s i t y , C h a n g s h a ,H u n a
4、n 4 1 0 0 7 5 ,C h i n a ) A b s t r a c t A c c o r d i n g t o t h e a c t u a l g e o l o g i c a l c o n d i t i o n s o f t h e X i a n g j i a t u n n e l ,t h e p r i n c i p l e s o f wa t e r p r o o f a n d d r a i n a g e i e “pl ug g i n g i s p r i o r i t y。s e t l i mi t t o d r a i n
5、 a g e ” i s d e t e r mi n e d i n t h i s p a p e r Af t e r g r o u t i n g wa t e r p l u g g i n g , t h r o u g h t he o r e t i c a l t u n ne l p e n e t r a t i o n c a l c u l a t i o n f o r mu l a o f c a l c ul a t i o n a n d a n a l y s i s t h e r e l a t i o n s hi p b e t we e n t
6、h i c k n e s s o f g r o u t i ng c i r c l e a n d t he , t h e a mo un t o f pe ne t r a t i o n i s de d uc e d Ac c o r d i n g t o t he ba l a n c e pr i n c i p l e o f g r o u t i n g a n d d r a i n a g e e x p e n s e s ,t h e r e a s o na b l e t h i c k n e s s o f g r o u t i n g c i r
7、c l e i s o b t a i n e d T h e r e s e a r c h r e s u l t s o f t h i s p a p e r ma y p r o v i d e r e f e r e n c e f o r s i mi l a r t u n n e l wa t e rp r o o f a n d d r a i na g e d e s i g n Ke y wo r d s m o u n t t u n n e l ; w a t e r p r o o f a n d d r a i n a g e ; d e s i g n p r
8、 i n c i p l e ;d e s i g n m e t h o d 1 我国防排水技术的发展 2 O世 纪 7 0年代 之前 , 由于技 术 和 装备 水 平 低 , 我 国的隧道大都采用钻爆法修建 , 采取没有钢筋 的 料石衬砌, 无任何防水措施。7 O年代后 , 我 国逐渐 引入新奥法 , 一些隧道开始采用混凝 土衬砌。但对 于衬砌 的施工缝处仍未采取任何 防水措施 , 同时由 于衬砌的裂缝存在 , 隧道 的渗漏状况与钻爆法 相比 并未得到多大改善。8 O年代后 , 随着人们对环境的 重视 , 隧道 的防渗漏 问题也逐步提到 E l 程上来 , 并开 始着手解决。 公路 隧 道
9、设计 规 范 ( J T G 0 7 0 2 0 0 4 ) 规定 : 隧 道防排水应遵循 “ 防、 排、 截、 堵结合 , 因地制宜 , 综 合治理” 的原则 。当采取防排水工 程措 施时 , 应 注 意保护 自然环境 。当隧道 内渗漏水 引起地表水减 少, 影响居 民生产、 生活用水时 , 应对 围岩采取堵水 措 施 , 减少 地下水 的渗漏 。 2“ 以排为主” 原则 的缺 陷 在现有隧道规范 中, 对地下水 的处理原则虽然 有排有堵 , 但主要是 以排为主。对于排堵没有定量 标准 , 不 具 可 操 作 性 。 “ 且 隧 道 排 水 带 来 一 系 列 的 负 面效应 : 水从 隧道
10、大量 流失, 导致 隧道 围岩空 隙增 大 , 隧道内涌水量的也会增大, 各种隧道病害也伴之 发生, 如衬砌渗漏变形、 路面翻浆冒泥 、 排水沟淤塞 漫流等 , 而言将逐年严重。 水从隧道大量流失 , 导致地下水资源的平衡 收 稿日期 】2 0 1 4 0 7 0 2 基金项 目】湖南 省交通科技计划项 目( 2 0 1 2 2 7 ) 【 作者简介 】袁海清( 1 9 6 5 一) , 湖南 株洲人 , 教 授级高级工程 师, 现从事公路工程技术管理工作。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 6 4 公路工程 4 0 卷 被打破。地下水大量流失使地下水位降低
11、、 地表保 水能力降低 , 引发干旱缺水 、 农作物减产、 地面植 被 破坏 , 更有甚者, 一些耕地因无水弃耕逐渐沙漠化。 地下水 长期 由隧道 大量排走 , 地下 水位 降 低 , 引起地面沉降。地下水位下降也使地表水 、 降水 等人渗能力加强 , 污染物渗入土体 , 导致土壤被 污 染 , 水质 和土 质 的破坏 , 纳 污能 力 降 低 , 间 接 影 响人 民身体健康。 对于水底 隧道 , 由于补给量充分 , 采取 以排 为 主 的排 水方 式很不 经 济。 山岭隧道 , 一般来说应采用“ 以堵 为主, 限量排 放” 的防排水原则 , 在遵循排堵结合的同时, 一定结 合隧道具体情况,
12、 确定该隧道的防排水原则 。 3“ 堵水 限排” 原则 的确立 随着隧道技术 的不断发展 , 近年逐渐提出了以 “ 以堵 为 主 , 限量 排 放 ” 为 原 则 的控 制 型 防 排 水 技 术, 它综合 了“ 以排为主” 和“ 以堵为主” 两种技术 的 优点 , 既可以降低工程造价 , 又能保护生态环境。 国内外的隧道工程中, 对地下水 的处理方式可 以分为全封堵式和排导式两种类型。 采用 限制 排放 的措施 主要基 于 以下 考 虑 : 由于水文地质条件的多变性 , 实现隧道完全 防水在技术上是不可行 的, 尤其对水底 隧道而言更 是 这样 。 隧道如果完全防水 , 将大大提高防水层的造
13、 价, 而且在一些不需要严格防水的地段 , 造成不必要 的浪 费 。 对于山岭隧道而言, 如果水位高, 补给量大 , 如果采取全排的防水措施 , 则会造成运营排水费用 的增 加 。 对于地下水水头很高的隧道 , 如果按完全防 水 进行 隧道 的衬 砌设 计 , 衬砌 就 要 承 受 同水 头 相 当 的压力 , 以至 于把衬砌 加 大到不 可思议 的厚 度 ; 另 一 方面 , 一旦衬砌背后积聚地下水 , 如果不加有效地引 导 , 将会对支护形成相 当大 的外 荷载, 导致衬 砌破 坏 , 引起 隧道结构渗漏水。 采取堵水限排的防排水措施 , 尽量减少或者 避免对地下水环境的影响的同时, 将作
14、用在衬砌上 的水 压力减 少 到可 以承受 的水平 。 其根本 的特色在于 : 人为地控制地下水的排放 , 以达 到安 全 上 可 靠 , 技 术 上 可 行 , 经 济 上 合 理 的 目 标 , 而且 将 隧道 运营 的长期 安全性 放在 首要 的位 置 。 4“ 限量排放” 理论研 究 4 1 限量 排放 的 实施 在隧道中如何实现堵水限排 , 或者说如何实现 限量 排放 ?一种 方式 是在 隧道 的防排 水 系统 中安 设 一 种控制阀门。另一种控制排放的方式主要针对高 水位 隧道 , 隧 道 的设 计 可 以 采 取 多 道 防 线 、 层 层 设 防 。 在多道防线 、 层层设防方
15、式下, 初期衬砌和二次 衬砌 之 间加 设 了防水 板 , 二 次衬砌 是 防水混凝 土 , 因 此, 地下水荷载在 围岩和注浆加 固圈中表现为渗流 体积力, 此时施加在二次衬砌上的水压力为外水压 力 。 4 2 注浆后渗水量、 水压计算 计算模型见图 1 , 假定 围岩为各 向同性 均匀连 续介质 , 隧道为圆形, 地下水头很高, 设为 日, 水流为 稳定流, 其运动规律服从 D a r c y定理。r 。 为衬砌外 径 , r 0 为衬砌内径 , r 为远场距离, 等于 H; r 为注浆 圈半径 。 隧 图 1 计 算 隧道 排水 量和 衬砌 水 压 力 的简 化 模 型 Fi g ur
16、e 1 S i mp l i fie d mo d e l t o c a l c ul a t e di s p l a c eme n t o f wa t e r p r e s s ur e a n d l i ni ng 为使研究问题简单化, 以圆形隧道为简化模型 , 并 做 以下 的基 本假 定 : 水流符合达西定律 ; 围岩为各 向同性均匀连续介质 ; 隧道的排水是通过衬砌均匀渗水实现的 ; 隧道处于稳定渗流状态。 将渗流的基本微分方程式: 粤+ 垡+ 粤: 0 a 。 a y a z 转换成柱坐标形式 , 并考虑水流是水平对称的, 有 : ( r d h ) = 0 ( 1 )
17、 对式 ( 1 ) 积分得 : T dh =C ( 2 ) 边界 条件 : 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2期 袁海清 , 等 : 山岭 隧道 防排水设计原则 与设 计方法研究 1 6 5 r= r 0, h= h o; r=r l , h=hl ; r=r g ,h=h g; r= 2, h=h 2 ; 利用分离变量法积分式( 2 ) , 并引入边界条件 , 又 因为 Q 。 =Q =Q, 解 得 : 。= ( -n + k l n ) ( 等 ,r_ L。 + n ) ( 3 ) 当衬砌无内水压时 h 。 = 0 , 贝 IJ : h l n r2 )
18、 ( 4 ) 于 是 : Q: : ( 5 ) l l n +l n r 0 r0 rI 在 隧道 为 圆形 , 地 下 水 头 很 高 , 水 流 为 稳 定 流 。 围岩为各 向同性均匀连续介质的情况下 , 此时图 1 所示隧道的排水量 Q和衬砌外水压力 P完全可 以 由上面求得的 h 。 和 Q决定 。因此在无注浆情况下, 有 : k r _ +r_ L n 詈 ) 胁 1 2 ( 6 ) ( 7 ) 在有注浆圈得的情况下 , 可 以依照上述推导过 程建立方程 : ! 竺 二 曼 )_ - r 2 l n 二 r g 2 霄 |i g ( h g h 1 ) 1 n r _q _g 2
19、1 T ( h 1 一h 0 ) : = 一 1 n ( 8 ) 式中: k g为注浆体渗 透系数 ; k l 为初 支渗透 系数 ; 2rrH k, 喜 r g g r l Z r 0 Hl n 1 12- P 7 l :=_ 离l。) r0 r rg g rI l n hl l n P g g : I1+ 菇 r rg r1 rg g rl ( 1 1 ) 其 中: P 占为注浆加固圈外水压力 ; h h g分别为衬 砌 和注 浆加 固圈外 的水头 。 4 3数 值模 拟 为验证上述理论公式 的正确性 , 采用数值模 拟 技术对向家隧道工程的实 际情况 , 计算隧道左线 和 右线的渗水量。
20、根据隧道地质图, 计算了左线 Z K I O + 0 9 0一Z K I O+0 6 6 、 右 线 Y K 9+8 3 9一Y K 1 0+3 3 5 的渗水量 , 考虑 3 5 m厚注浆圈, 注浆圈渗透系数按 围岩的 1 0 计。采用 F l a c - 3 d对隧道渗水量进行模 拟计算。 根据隧道埋深 , 计算 断面取北线左线 Z K 1 0+ 0 9 0Z K 1 0+ 0 6 6 、 右线 Y K 9+8 3 9Y K 1 0+3 3 5的 地段 , 以隧 道路 基基 底 为 竖 向原点 , 模 型 向下取 5 0 m模 , 型向上取隧道实际岩层厚 度, 沿隧道走 向 长度取 1 0
21、 0 m。考虑渗 流影响, 模型横 向即隧道横 断面轴线左右方向各取 8 0 m, 模型参数见表 1 。 表 1计算模型参数 Ta b l e 1 Ca l c u l a t i o n p a r a me t e r s 模型边界条件为: 模型上表面指定 为压力水头 , 水头大小为隧 道表面实 际水头大小 , Z K 1 0+0 9 0一Z K 1 0+0 6 6地 段取 为 2 0 m; Y K 9+ 8 3 9 Y K1 0+ 3 3 5地段取 1 5 m。 前后左右指定为等水头边界 , 冰 头值为实际 全水头值 , 取 2 5 m; 模型底面指定为不透水边界: 法向流速为 0, 流
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 山岭 隧道 排水 设计 原则 方法 研究
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【p****t】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【p****t】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。