[发明专利]一种控制矿山法隧道二次衬砌水压力的方法

说明书

本发明公开一种控制矿山法隧道二次衬砌水压力的方法，通过以下三种方法之一或几种组合来控制矿山隧道二次衬砌水压力：一、通过控制地下水余量q来控制二次衬砌最大水压力；二、通过调整排水层的总面积A及其渗透系数k来控制二次衬砌水压力；三、通过改变堵塞段的长度L来控制二次衬砌最大水压力。本发明通过理论公式推导，得到了矿山法隧道排水盲管堵塞状态下，考虑地下水沿着衬砌背后排水层纵向流动引起水压力的重分布之后的二次衬砌背后水压力计算方法，然后根据衬砌背后水压力分布规律，提出了控制二次衬砌最大水压力的三种方法。

技术领域

本发明属于隧道工程技术领域，涉及一种通过调整隧道衬砌背后排水层参 数、设置泄压环等方式控制作用于隧道二次衬砌上的最大水压力的方法。

背景技术

目前采用矿山法修建的隧道工程一般采用排水型衬砌或限制排放型衬砌， 即二次衬砌背后沿着隧道纵向一定距离设置一道环向排水盲管(或排水板)，并 在防水板背后铺设土工布，通过上述措施，将衬砌背后的围岩渗水引入到环、 纵向盲管，然后再排入隧道内的水沟，防排水系统如图1及图2所示。如果衬 砌背后的围岩渗水可完全及时排出，则二次衬砌可按照不承受水压力作用进行 结构设计，如果衬砌背后积水按照限量排放设计，或由于排水盲管堵塞造成积 水不能全部及时排出，则衬砌背后会存在一定的水压，相应的衬砌结构设计时 需考虑按照全部水头或按全部水头折减后的部分水压力的作用。发表于《现代 隧道技术》2003年第3期的“再谈隧道衬砌水压力”以及《北京交通大学学报》 2004年第1期的“计算隧道排水量及衬砌外水压力的一种简化方法”等文献基 于简化模型提出了隧道内排水量Q和喷射砼外水压力P的计算方法，推导出了 在二次衬砌外表面无水压力时，隧道内排水量和喷射混凝土外表面水压力的计 算公式；根据同样原按照理也可推导出二次衬砌外表面存在一定水压力时水压 力时，隧道内排水量和喷射混凝土外表面水压力的计算公式。

但是上述研究成果以及目前实际工程应用中均是按照横断面方向的平面模 型进行计算，未考虑隧道防排水系统的空间效应，例如当隧道环向排水系统仅 某一段完全堵塞或部分堵塞时，由于地下水可以沿二次衬砌与喷射砼之间的排 水层(常用土工布)纵向流动，因而堵塞段实际的水压力会减小，而相邻的无 堵塞段的水压力要大于0，如图3所示。假如按照目前常用的平面计算方法，即 使隧道仅在局部一小段排水盲管完全堵塞，二次衬砌背后水压力值都很大，如 果以此作为设计依据将造成不必要的浪费。

另外，按照既有设计理论，当堵塞段存在多种围岩和支护结构时，不同地 段均按照平面模型计算，则会得出不同的水压力折减系数，出现沿着隧道纵向 在地层变化分界断面出现水压力突变现象，而实际上排水层在纵向是贯通的， 地下水必然从水压力高的地段往水压力低的地段流动，导致水压力重分布。

上述两种现象说明，既有计算理论及设计方法没有考虑隧道防排水系统的纵向效应(或空间效应)，这可能导致二次衬砌背后水压力取值偏小或偏大而给结构 留下安全隐患或增加不必要的投资。

发明内容

针对背景技术存在的问题，根据水在有空隙介质中渗流的基本原理，本发 明的目的在于考虑隧道防排水系统的空间效应，研究得到隧道排水系统堵塞时， 二次衬砌背后水压力沿着隧道纵向的分布规律，并表达出沿着隧道纵向衬砌背 后水压力分布与基岩渗水量、衬砌背后排水层面积、渗透系数之间的函数关系， 通过调整防排水系统设计参数、设置泄压环等措施，可以调整隧道二次衬砌背 后水压力，并根据实际工程需要控制二次衬砌水压的最大值，为隧道结构设计 提供理论依据，避免隧道二次衬砌结构设计出现过于保守或不安全的现象。

为达到上述目的，本发明提供的控制矿山法隧道二次衬砌水压力的方法， 其特征在于，