铁路隧道涌水量计算.沈PPT课件.ppt
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1、铁路隧道涌水量计算实用技术沈祥明沈祥明1 1铁路隧道涌水量计算实用技术系统地总结了近十多年来铁四院铁路勘察设系统地总结了近十多年来铁四院铁路勘察设计中隧道涌水量预测研究成果,并经隧道施工实计中隧道涌水量预测研究成果,并经隧道施工实践检验的隧道涌水量计算方法。这些方法的特点践检验的隧道涌水量计算方法。这些方法的特点是:是:原理科学可信、方法实用可行、计算可操作原理科学可信、方法实用可行、计算可操作性强性强。列举了列举了1111个工程实例,这些实例是从铁四院个工程实例,这些实例是从铁四院承担勘察设计、并已施工承担勘察设计、并已施工或竣工或竣工的隧道工程的隧道工程中精选出来的,可供工程技术人员在铁路
2、勘察设中精选出来的,可供工程技术人员在铁路勘察设计、施工及运营阶段中进行类比参考。计、施工及运营阶段中进行类比参考。2 2讲述的内容隧道涌水量计算技术标准隧道涌水量计算工作程序与计算方法的选择隧道涌水量计算参数隧道涌水量计算方法隧道涌水量计算精度级别及允许误差隧道涌水量计算的评价3 3隧道涌水量计算技术标准铁路工程水文地质勘察规程铁路工程水文地质勘察规程 TB10049-2004TB10049-2004,以下简,以下简称称规程规程。水电水利工程钻孔抽水试验规程水电水利工程钻孔抽水试验规程DL/T5213-2005DL/T5213-2005水利水电工程钻孔压水试验规程水利水电工程钻孔压水试验规程
3、SLSL31-200331-2003技术手册技术手册1 1)铁路工程地质手册)铁路工程地质手册第第1 1版版铁道部第一勘察设计铁道部第一勘察设计院人民交通出版社院人民交通出版社197519752 2)铁路工程地质手册)铁路工程地质手册第第2 2版版铁道部第一勘察设计铁道部第一勘察设计院中国铁道出版社院中国铁道出版社19991999 3 3)水文地质手册地质部水文、工程地质技术方法队)水文地质手册地质部水文、工程地质技术方法队地质出版社地质出版社19781978 4 4隧道涌水量计算工作程序与计算方法的选择涌水量计算工作程序隧道涌水量计算工作程序是指从接受任务、选择涌水量计算方法、确定涌水量计算
4、参数并进行隧道涌水量计算、验证涌水量计算精度级别及允许误差、提出隧道涌水量计算成果及其分析说明等整个过程中各个阶段及其先后次序。5 5隧道涌水量计算工作程序与计算方法的选择涌水量计算方法的选择按隧道围岩的含水岩组类型;按工作阶段选择隧道涌水量计算方法。6 6隧道涌水量计算参数含水体渗透系数K/地下径流模数M/.2降水入渗系数地下水涌入系数降雨量W隧道集水面积A2 及隧道涌水影响宽度R7 7含水体渗透系数(K)m/d定义:表征含水层透水能力的一个参数,指当水力坡度为1时地下水在介质中的渗透速度。渗透系数的取得:含水体渗透系数应根据现场水文地质试验抽水、压水、注水、恢复水位试验,自由振荡法试验取得
5、。渗透系数的计算:应在分析隧道地区水文地质条件的基础上,合理地选用本文“1”所列技术标准或技术手册中的公式计算。选用不常见的公式,应注明其出处。8 8渗透系数的取值原则渗透系数的取值原则:1 1渗透系数取值应以现场试验成果值为主;渗透系数取值应以现场试验成果值为主;2 2同时具有现场抽水、压水和注水试验成果,同时具有现场抽水、压水和注水试验成果,宜以现场抽水试验成果为主;宜以现场抽水试验成果为主;3 3根据压水试验成果计算含水体各试段的渗透根据压水试验成果计算含水体各试段的渗透系数时,应符合系数时,应符合压水试验规程压水试验规程附录附录C C的有关规的有关规定定;4 4用于隧道涌水量及基坑涌水
6、量计算的渗透系用于隧道涌水量及基坑涌水量计算的渗透系数,应采用试验的大值平均值;用于水位降落、数,应采用试验的大值平均值;用于水位降落、疏干排水计算的渗透系数,应采用试验的小值平疏干排水计算的渗透系数,应采用试验的小值平均值;用于供水工程计算的渗透系数,应采用抽均值;用于供水工程计算的渗透系数,应采用抽水试验的平均值。水试验的平均值。9 9地下径流模数(M)m3/d.km2定义:单位时间内单位流域面积上排出的地下水定义:单位时间内单位流域面积上排出的地下水量。量。地下径流模数的取得:地下径流模数的取得:(1)(1)地下径流模数可取自中华人民共和国地下径流模数可取自中华人民共和国区域水区域水文地
7、质普查报告文地质普查报告(1 1:200000200000)。)。区域水文地质普查报告区域水文地质普查报告中提供的地下径中提供的地下径流模数,一般为枯季地下径流模数,流模数,一般为枯季地下径流模数,应换算为年应换算为年平均地下径流模数(平均地下径流模数(MM年年):MM年年 MM枯枯 2.70M2.70M枯枯 式中:式中:年平均地下径流模数的换算系数,年平均地下径流模数的换算系数,2.702.70。1010(2)在已知降水入渗系数()时,计算求得地下径流模数:M年=0.0317X l/s.km2式中:X多年平均降雨量mm;降水入渗系数。1111降水入渗系数()定义:一个地区单位面积上降水入渗补
8、给地下水的量与总降水量的比值。降水入渗系数的取得:(1)降水入渗系数可取自中华人民共和国区域水文地质普查报告(1200000)。(2)宜昌万州铁路科研项目复杂岩溶隧道勘察及综合整治技术成果:鄂西南地区碳酸盐岩类的降水入渗系数=0.150.80(3)降水入渗系数的经验数据1212(4)在有岩溶地下水观测资料的情况下,降水入渗系数可利用一个(或若干)水文年、一个(或若干)枯水期、平水期或丰水期、甚至是一次或若干场雨的地下河(岩溶泉)流域内排泄总量与降雨总量资料求得降水入渗系数。1313地下水涌入系数()无量纲定义:涌入岩溶隧道的地下水量与地下水径流总定义:涌入岩溶隧道的地下水量与地下水径流总量的比
9、值。量的比值。地下水涌入系数的取得:地下水涌入系数的取得:()宜万铁路碳酸盐岩类含水体地下水涌入系数()宜万铁路碳酸盐岩类含水体地下水涌入系数计算方法。计算方法。宜万铁路科研项目成果,鄂西南地区碳酸盐宜万铁路科研项目成果,鄂西南地区碳酸盐岩类含水体地下水涌入系数:岩类含水体地下水涌入系数:0.200.200.600.60()()水电水利工程喀斯特工程地质勘察技术规水电水利工程喀斯特工程地质勘察技术规程程(DL/T5338-2006DL/T5338-2006)7.3.97.3.9条:地下水径流条:地下水径流份额分配系数份额分配系数S S:S S0.100.100.400.40。()()铁路工程不
10、良地质勘察规程铁路工程不良地质勘察规程TB10027TB1002720012001,称之为岩溶水滞后系数,称之为岩溶水滞后系数:1/1/1414降雨量(W)mm定义:表示在一定地点、一定期间内降雨的厚度定义:表示在一定地点、一定期间内降雨的厚度或深度。或深度。应向当地气象部门应向当地气象部门或雨量站或雨量站 搜集下列六项降搜集下列六项降雨量资料:雨量资料:多年平均降雨量;多年平均降雨量;多年最大降雨量;多年最大降雨量;多年月最大降雨量(或最大三十日降雨量);多年月最大降雨量(或最大三十日降雨量);多年各月平均降雨量;多年各月平均降雨量;多年最大一日降雨量(或最大多年最大一日降雨量(或最大242
11、4小时降雨量);小时降雨量);年平均气温。年平均气温。1515隧道集水面积(A)km2隧道涌水影响宽度(R)m隧道集水面积:是隧道开挖后大气降水渗入隧道形成涌水的地表集水范围。非地表汇水面积。隧道涌水影响宽度:从隧道至由于涌水而形成的降落漏斗周边的平均距离。1616隧道涌水影响宽度计算1 1当透水边界当透水边界或补给边界或补给边界、隔水边界(或排泄、隔水边界(或排泄边界)与隧道中心线的距离边界)与隧道中心线的距离a a小于可能影响宽度时小于可能影响宽度时2aR2aR时时,该侧的集水面积边界则以透水边界或隔,该侧的集水面积边界则以透水边界或隔水边界为界。反之,大于可能影响宽度时,应采用其它水边界
12、为界。反之,大于可能影响宽度时,应采用其它方法确定。方法确定。2 2当隧道通过含水体的长度当隧道通过含水体的长度L L小于小于200200mm,其引用半,其引用半径径r r值(值(r r0.25L0.25L)不超过)不超过404050m50m时,隧道涌水时,隧道涌水影响宽度可用:库萨金、集哈尔特公式影响宽度可用:库萨金、集哈尔特公式计算计算库萨金、集哈尔特经验公式计算的精度一般相当于库萨金、集哈尔特经验公式计算的精度一般相当于“DD”级,误差大体在级,误差大体在8080以内。以内。3 3当隧道通过含水体的长度当隧道通过含水体的长度L L大于大于200200mm,其引用半,其引用半径径r r值(
13、值(r r0.25L0.25L)大于)大于404050m50m,且隧道水位降,且隧道水位降深深S S较大时,隧道涌水影响宽度可用较大时,隧道涌水影响宽度可用“库萨金变形公式库萨金变形公式”求得,适用于非承压水、横断面大和下降值大的隧道。求得,适用于非承压水、横断面大和下降值大的隧道。4 4隧道涌水影响宽度一般不超过隧道涌水影响宽度一般不超过2500250030003000mm。1717圈定隧道集水面积块段的原则及步骤(1)(1)在在1 1:5000050000(或(或1 1:1000010000)地形图上,先描)地形图上,先描出地表水系及分水岭;出地表水系及分水岭;(2)(2)隧道集水面积的纵
14、向边界一般是隧道进出口的隧道集水面积的纵向边界一般是隧道进出口的横向沟谷;横向沟谷;(3)(3)根据地下水位埋藏深度和隧道埋深,用库萨金根据地下水位埋藏深度和隧道埋深,用库萨金公式或库萨金变形公式粗略地估算一下隧道涌水公式或库萨金变形公式粗略地估算一下隧道涌水影响宽度;影响宽度;(4)(4)隧道集水面积横向边界的划定应综合考虑岩性隧道集水面积横向边界的划定应综合考虑岩性(岩性控制富水性)、构造(构造控制富水地段)(岩性控制富水性)、构造(构造控制富水地段)、地形地貌(地形地貌影响补给条件)、岩体渗、地形地貌(地形地貌影响补给条件)、岩体渗透结构类型透结构类型散体状、层状、带状、网络状及管散体状
15、、层状、带状、网络状及管道状结构道状结构及隧道位置、埋藏深度等有关因素圈及隧道位置、埋藏深度等有关因素圈定出相应的隧道集水面积块段。定出相应的隧道集水面积块段。1818四隧道涌水量计算方法隧道分类:非岩溶岩类隧道岩溶岩类隧道:按岩溶含水介质类型及其径流形式、接受降雨补给方式及岩溶发育强度级别分为两个类型:类和类岩溶隧道。1919隧道涌水量计算方法地下径流模数法降水入渗法地下水动力学法水文地质比拟法数理统计法流域水文模型法其它方法:评分法、同位素氚法。2020地下径流模数法适用条件适用条件:适用于:适用于非岩溶岩类隧道非岩溶岩类隧道基岩裂隙水基岩裂隙水及及类岩溶隧道类岩溶隧道。(1)(1)计算隧
16、道正常涌水量(计算隧道正常涌水量(QsQs)Qs2.70MQs2.70M枯枯 AA(2)(2)计算隧道最大涌水量(计算隧道最大涌水量(QmaxQmax)QmaxQmax QsQs式中:式中:模比系数:模比系数:多年最大降雨量多年最大降雨量/多年平均降雨量多年平均降雨量 的统计标准值约等于的统计标准值约等于1.501.50。所以,隧道最大涌水量约为正常涌水量的所以,隧道最大涌水量约为正常涌水量的1.51.5倍。倍。2121降水入渗法非岩溶岩类隧道非岩溶岩类隧道基岩裂隙水基岩裂隙水及及类岩溶隧道类岩溶隧道(1 1)计算隧道正常涌水量)计算隧道正常涌水量(QsQs)QQS S=2.74W A=2.7
17、4W A Q QS S=1000X A=1000X A式中:式中:QsQs隧道通过含水体地段的正常涌水量隧道通过含水体地段的正常涌水量m3/dm3/d;降水入渗系数;降水入渗系数;WW多年平均降水量多年平均降水量mmmm;X X日平均降水量日平均降水量mmmm;A A隧道通过含水体地段的集水面积隧道通过含水体地段的集水面积km2km2。(2)(2)计算隧道最大涌水量计算隧道最大涌水量(QmaxQmax)Qmax 1.50 QsQmax 1.50 Qs式中:式中:QmaxQmax隧道隧道通过含水体地段的最大涌水量通过含水体地段的最大涌水量m3/dm3/d,约等于隧道正常涌水量的,约等于隧道正常涌
18、水量的1.51.5倍;倍;WmaxWmax多年最大降水量多年最大降水量mmmm。2222 降水入渗法类岩溶隧道类岩溶隧道隧道涌水量的计算有两种方法:隧道涌水量的计算有两种方法:(1 1)计算方法一:)计算方法一:Q=1000Q=1000 X X A A 式中式中:QQ隧道通过含水体地段的隧道通过含水体地段的雨季涌水量雨季涌水量或设或设计频率计频率暴雨涌水量暴雨涌水量m3/dm3/d;降雨入渗系数;降雨入渗系数;A A隧道通过含水体地段的集水面积隧道通过含水体地段的集水面积km2km2;地下水涌入系数;地下水涌入系数;X X设计频率降雨量(设计频率降雨量(mm/dmm/d),计算隧道雨),计算隧
19、道雨季涌水量或设计频率暴雨涌水量时,降雨量值季涌水量或设计频率暴雨涌水量时,降雨量值必须分别采用不同的设计频率降雨量:必须分别采用不同的设计频率降雨量:2323雨季涌水量(Qs)设计频率降雨量的取值:设计频率降雨量的取值:由于降雨引发的涌水事故的后果以其铁路隧由于降雨引发的涌水事故的后果以其铁路隧道风险等级标准不超过道风险等级标准不超过中度中度等级、风险接受准则等级、风险接受准则为为可接受可接受准则为准;准则为准;可用隧道当地气象站(或雨量站)降雨频率可用隧道当地气象站(或雨量站)降雨频率为为20203030的多年中雨的多年中雨或大雨或大雨降雨量的平均降雨量的平均值,长江以南地区一般为值,长江
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