[发明专利]一种适用于土岩组合地层的地铁隧道裂隙水渗水量预测方法

说明书

技术领域

本发明涉及岩土及地下工程技术领域，属于地铁隧道结构的防排水设计，是针对地铁隧道基岩裂隙水渗水量的预测方法。

背景技术

目前，地铁隧道中常用的渗水量预测公式有：裘布依理论公式：其中，k为含水体的渗透系数，H为洞底以上潜水含水体厚度，R_y为隧道涌水地段的引用补给半径，h为洞内排水沟假设水深；Goodman(1965)公式：Q＝2πkh₀/ln(2h₀/r)等，其中，h₀隧道中心到地下水水位线的距离，r为隧道内轮廓半径，k为含水地层的渗透系数。这些公式均是基于潜水含水体的多孔连续介质模型推导而来的，且都是针对单一介质地层提出的，与实际情况完全不同，因此，这些公式不能适用于土岩组合地层矿山法地铁隧道的渗水量预测。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于土岩组合地层的地铁隧道裂隙水渗水量预测方法，它通过建立潜水含水体与裂隙含水体的组合介质分析模型，推导适用于此模型的裂隙水渗水量预测公式，并给出二元多层介质地层条件下的公式中渗透系数的具体取值方法，寻求一种适合于土岩组合多层介质地层条件下的地铁隧道裂隙水渗水量预测方法。

为实现上述目的，本发明形成了“一种适用于土岩组合地层的地铁隧道裂隙水渗水量预测方法”的技术方案，它包括模型、公式1、公式2三个组成部分，分别具有如下特征：

模型：是基于潜水含水体与裂隙水含水体的组合介质分析模型，将土层看作是稳定含水体(水位保持不变)，不参与垂直综合渗透系数的计算，垂直综合渗透系数计算时仅考虑岩土分界面以下岩层；

公式1：为土岩组合地层中隧道基岩裂隙水渗水量预测公式。

式中：Q₀—隧道每延米渗流量；

      S—岩土分界面到圆心的距离；

      S₁—水位线至岩土分界面的距离；

      S₂—毛洞洞周水头；

      λ—岩石垂直综合渗透系数；

      r₀—隧道计算半径；

公式2：该公式为公式1中垂直综合渗透系数λ的取值方法。

式中：h_i—地下水位以下各层岩层厚度；

      k_i—第i层岩层渗透系数，该值均应采用压水试验方法获得。

通过引入垂直综合渗透系数λ，使公式1适用于二元地层多层介质地层条件下地铁隧道基岩裂隙水渗水量预测。

本发明的有益效果是：

本发明“一种土岩组合地层条件下的地铁隧道基岩裂隙水渗水量预测方法”，经实践证明本方法能较为准确的预测上述地层条件下的基岩裂隙水渗水量。本发明实现了以下两方面突破：建立了潜水含水体与裂隙水含水体组合介质分析模型，突破了以往预测方法仅适用于单一介质潜水含水体中涌水量预测的局限性；通过引入垂直综合渗透系数，突破了以往公式仅适用于单一地层的局限性，可以较好的满足多层介质地层中地铁隧道基岩裂隙水渗水量的预测。

附图说明

图1本发明的使用原理示意图；

图2本发明的地铁隧道渗流场模型示意图；

图3本发明的综合渗透系数概念示意图；

具体实施方式

结合使用原理流程图(参见图1)、计算模型(参见图2)、垂直综合渗透系数取值(参见图3)，本方法的具体使用步骤如下：

1、根据实际地勘资料建立土岩组合地层计算模型(图2所示)，并确定参数S、S₁、S₂、r₀。

注意要点：在判定岩土分界面时，技术人员需要详细分析强风化层物理特性，对于完整性相对较好、硬度较高时可以判定为岩石，反之为土层。

2、根据地勘资料确定各层岩层厚度h_i，取值如图3所示；采用压水试验法获取各层岩层渗透系数k_i。然后，根据公式2计算垂直综合渗透系数λ。

公式2：该公式为公式1中垂直综合渗透系数λ的取值方法。

注意要点：土层看作是稳定含水体，不参与垂直综合渗透系数的计算，垂直综合渗透系数计算时仅考虑岩土分界面以下岩层；当计算隧道采取注浆堵水措施时，可将注浆圈看作是一层特殊岩层参与垂直综合渗透系数的计算。