[发明专利]一种既有岩溶隧道泄水防突与水文地质环境保护方法

说明书

技术领域

本发明属于土木工程类，涉及一种既有岩溶隧道泄水防突与水文地质环境保护方法。

背景技术

我国岩溶区分布广泛，面积约占全国面积的1/3，主要分布在西南、中南部。据统计，在西南、中南的17座中长隧道(长度在2～3km)中，有近50％的隧道曾发生过较大规模的岩溶突水、突泥灾害。特别是随着“西部大开发”战略的实施，分布在岩溶区的隧道里程越来越多，运营隧道突水已成为一个亟待解决的问题。目前在岩溶突水与防治研究领域，人们主要致力于隧道施工过程中突水灾害的机理分析和防治方面，对于既有隧道突水灾害的研究开展的工作还较少。既有岩溶隧道防突水的一般治理技术就是采用打开泄水通道，直接排放，但是这样会导致地下水大量排泄，造成地表陷坑、地下水位下降、地表生物量减少，水文地质环境破坏导致生态环境灾难。针对以上现有处治方法存在的不足，提出一种方法既能达到排水泄压的目的，防止在水压力过大时造成突水事故，又不至于造成水的超量排放，防止发生水文地质环境事故，这就显得非常必要了。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够同步实现岩溶隧道突水防治和水文地质环境保护目的的既有岩溶隧道泄水防突方法。

本发明实施例是这样实现的，一种既有岩溶隧道泄水防突与水文地质环境保护方法，该保护方法根据水流在泄水通道闸门上产生的水压力大小和拉动闸门的弹簧系统拉力大小的动态平衡，来控制闸门开闭大小调节水流量，进而实现对作用于闸门水压力的动态调节，包括：

第一步为闸门的制作，该闸门采用钢筋混凝土结构，闸门为长方形，尺寸由泄水洞尺寸决定，且轮廓大于泄水洞过水断面轮廓；

第二步根据闸门面积和闸门在泄水洞内的动作范围开挖闸门运动所需要的空间；

第三步安装闸门门轴和控制闸门开闭的弹簧及闸门外侧的橡胶密封系统，

进一步，根据作用于泄水通道内闸门上水压力的数值来调节闸门开闭和开度大小；当水压力值小于阈值范围的下限时，为了防止水的超量排放，闸门关闭，当水压力大于阈值范围的下限时，说明水压力逐渐增大，此时闸门打开一定程度，控制水压力的增大，当水压力增加越大时，闸门开度越大直至全部打开，控制水压力超过阈值上限；闸门开度的变化实现了泄水通道内水流量的动态调节，从而避免岩溶水的超量排放或者排放量不足。

进一步，所述保护方法需要首先确定突水危险处的突水压力阈值范围，阈值范围包括水压力上限和下限，当突水危险处水压力值增大超过阈值上限时，闸门系统全部打开使水压力值降低，当突水危险处水压力值降低超过阈值下限时，闸门系统全部关闭使水压力值升高，当突水危险处水压力值处于阈值范围时，随水压力的增大或减小，闸门开度减小或增大，从而实现对突水危险处水压力的动态调节。

进一步，具体确定水压力阈值上下限的方法：

(1)水压力阈值下限的确定。根据泄水洞常年监测结果判断，泄水洞常年监测结果的最低水压力作为阈值下限，根据该值确定的泄水洞流量不会造成地下水的超量排放；

(2)水压力阈值上限的确定。根据推导的临界水压力公式得到

式中各参数，其中σ₁、σ₃为隧道所在处围岩所受的远场地应力作用；β为裂纹长轴方向与垂向应力夹角；p_w为岩溶水压力；为围岩的内摩擦角；τ_c为围岩的断裂应力；k为系数，其值处于0～1之间，可由发生突水时的临界水压力与围岩的参数计算得到。

本发明具有如下优点：

1、既有岩溶隧道泄水防突与水文地质环境保护技术虽然也要通过排水减压来达到防突的目的，不同在于该方法引入了环境保护的理念，在对环境的不利影响最小的情况下实现工程目的。

2、作用于泄水洞闸门上的水压力大小反映了突水危险处岩溶水压力的大小。当水压力值超过阈值范围时，闸门系统动作调整泄水通道开闭和开闭大小实现水流量的动态调整，使之保持在一个合理的范围，不致造成因岩溶水的排放不足发生突水或超量排放造成水文地质环境恶化。

3、环境效益好，构造简单，施工简便，应用性强。

附图说明

图1是本发明实施例提供的工程设计简图说明；

图2是本发明实施例提供的裂隙岩体计算模型；

图3是本发明实施例提供的本发明的原理图；

图4是本发明实施例提供的本发明的工程施工简图。

具体实施方式