[发明专利]一种衬砌局部渗漏引起隧道结构变形的安全保护方法

权利要求书

1.一种衬砌局部渗漏引起隧道结构变形的安全保护方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

第一步，对渗漏隧道进行现场勘查，确定隧道沿线的土层划分信息和地下水分布情况，通过钻孔取土进行室内试验确定土层的物理力学参数；

第二步，获取隧道设计信息，包括：隧道的内、外直径、中心埋置深度及混凝土管片弹性模量，确定考虑接头强度折减效应的隧道等效弹性模量；

第三步，对区间隧道沿线渗漏的情况进行排查，逐一记录局部渗漏位置，监测隧道局部渗漏处的实际渗漏速度V_k、实际渗漏面积D；

第四步，利用有限元分析软件建立隧道局部渗漏的三维流固耦合模型，根据现场调查情况在所述三维流固耦合模型相应的渗漏位置处设置二节点渗漏单元，并模拟隧道开挖及支护过程；

第五步，对二节点渗漏单元设定实际渗漏面积D，并假设不同等级的局部渗透系数k_j，激活隧道内侧渗流边界，确定各工况一定时间后隧道渗漏处的局部渗漏速度V；

第六步，以各工况的渗透系数k_j为横轴、渗漏速度V为纵轴建立笛卡尔直角坐标系，作出渗漏速度V与渗透系数k_j的相关关系图，并根据现场局部渗漏速度V_k确定渗漏部位的实际渗透系数k；

第七步，对三维流固耦合模型中的二节点渗漏单元设置实际渗漏面积D和实际渗透系数k，依次进行开挖、支护和渗流固结的模拟，最终确定渗漏引起的结构附加内力及变形量；

第八步，根据渗漏引起的结构附加内力和变形量，确定隧道结构补强点并采取结构加固保护措施。

2.根据权利要求1所述的一种衬砌局部渗漏引起隧道结构变形的安全保护方法，其特征在于，第一步中：

所述的土层划分是指：在隧道沿线每隔一定距离处用孔压式静力触探检测地表以下50m深度范围土体，确定隧道沿线土体的贯入阻力和孔隙水压与深度的关系曲线；作出以孔隙水压力与贯入阻力之比为横轴，以贯入阻力与初始地层应力之比为纵轴的关系图，并在图上划分若干不同土性特征区，将实测的静力触探曲线的数据标于该图以判断现场土层的类型；将土的类型对照贯入阻力曲线与孔隙水压力分布曲线，确定隧道沿线的土层划分信息；

所述的地下水分布情况是指：通过钻孔探揭露的土体类型判断含水层类型及厚度；钻井观测不同含水层的稳定水位；对于承压含水层，采取隔水措施将被测含水层和其他含水层隔离后测其稳定水位；

所述的钻孔取土是指：在隧道沿线每隔一定距离用薄壁取土器获取现场的土样，土样数至少三个；

所述的室内土工试验是指：密度试验、比重试验、含水率试验、三轴试验、常规单向压缩试验及室内渗透试验；

所述的物理力学参数是指：土体的重度、孔隙比、弹性模量、泊松比及渗透系数。

3.根据权利要求1所述的一种衬砌局部渗漏引起隧道结构变形的安全保护方法，其特征在于，第二步中：所述的隧道等效弹性模量，满足以下公式：E’＝ηE_s，其中，E’是等效弹性模量，η是模量折减系数，取1/5；E_s是混凝土管片的弹性模量。

4.根据权利要求1所述的一种衬砌局部渗漏引起隧道结构变形的安全保护方法，其特征在于，第三步中：

所述的局部渗漏位置是指：以一侧端头井为原点、以隧道轴线为z方向建立柱坐标系，确定局部渗漏位置的坐标(r,φ,z)，其中，r取隧道半径；φ为局部渗漏在所处横断面的方位角，即从横断面中心的竖直方向起，依顺时针方向到局部渗漏位置线之间的夹角；z为局部渗漏所处横断面中心点与端头井的距离，φ和z通过全站仪测量获得；

所述实际渗漏速度V_k通过以下方式确定：在隧道的局部渗漏处，安放一根中空导管，该导管的一侧连接渗漏处，另一侧连接带刻度的量筒，并用秒表计时5分钟以上；所述实际渗漏速度V_k满足公式：其中，Q为量筒读数，t为计时时间；

所述的实际渗漏面积D通过以下方式确定：将带有网格的A3或A4纸贴在隧道局部渗漏处，单个网格浸湿部分面积大于网格面积的一半以上计入浸湿单元，不足网格面积的一半则不计入，统计满足条件的浸湿网格总个数；实际渗漏面积D满足以下公式：D＝S×N，其中，S为单个网格的面积，N为浸湿单元总个数。