[发明专利]一种基于折算转化渗透系数的隧道排水量分区控制方法

摘要

本发明公开了一种基于折算转化渗透系数的隧道排水量分区控制方法，沿纵向延伸方向由后向前将所施工隧道划分为多个隧道节段，对多个隧道节段分别进行隧道排水量控制，所有隧道节段的隧道排水量控制方法均相同；对任一个隧道节段进行隧道排水量控制时，包括步骤：一、隧道排水量预测；二、衬砌折算转化渗透系数计算；三、隧道控制排水量确定；四、堵水限排控制水位标准确定；五、堵水限排区判断；六、堵水限排：采用注浆系统向该隧道节段的衬砌外侧注浆并形成注浆圈，以对该隧道节段进行堵水限排。本发明方法步骤简单、设计合理且实现方便、使用效果好，通过分区并结合合理的堵水限排控制水位标准对生态敏感区隧道排水量进行有效控制。 1

主权项

1.一种基于折算转化渗透系数的隧道排水量分区控制方法，其特征在于：沿纵向延伸方向由后向前将所施工隧道(1)划分为多个隧道节段，对多个所述隧道节段分别进行隧道排水量控制，所有隧道节段的隧道排水量控制方法均相同；对任一个隧道节段进行隧道排水量控制时，包括以下步骤：

步骤一、隧道排水量预测：采用常规的隧道排水量预测方法，对该隧道节段的每延米隧道排水量进行预测，并获得该隧道节段的隧道排水量预测值Q，Q的单位为m³/m·s；

步骤二、衬砌折算转化渗透系数计算：根据步骤一中得出的隧道排水量预测值Q，并按照公式计算得出该隧道节段的衬砌折算转化渗透系数的单位为m/s；

公式(1)中，k_r为该隧道节段的围岩渗透系数且其单位为m/s，该隧道节段的衬砌厚度为D且其横断面的外边缘线长度为l，D和l的单位均为m；将该隧道节段的衬砌横断面换算成圆形断面后获得等效圆形衬砌(2)，所述等效圆形衬砌(2)的外半径且其内半径r₀＝r₁‑D；该隧道节段的远场稳定水头在半径为r₂的位置处，H为该隧道节段的远场稳定水头的水头高度，r₀、r₁、r₂和H的单位均为m；

步骤三、隧道控制排水量确定：根据步骤一中得出的隧道排水量预测值Q，并按照公式计算得出该隧道节段的控制排水量q；

公式(2)中，W为该隧道节段所处区域的年平均降雨量且其单位为mm，E为该隧道节段所处施工区域的年平均蒸发量且其单位为mm，F为该隧道节段涌水的汇水面积且其单位为km²，Q_pw为该隧道节段所处施工区域的植被生态需水量且其单位为m³，L为该隧道节段的长度且其单位为m；Q₀为该隧道节段的隧道涌水总量且Q₀＝c·Q·L，其中c＝365×24×3600；n为该隧道节段恢复地下径流的水文年且n≤2年；

步骤四、堵水限排控制水位标准确定：根据步骤二中计算得出的衬砌折算转化渗透系数和步骤三中计算得出该隧道节段的控制排水量q，并按照公式计算得出该隧道节段的堵水限排控制水位标准H₀，H₀的单位为m；公式(3)中，m为折减系数且m＝0.86；

步骤五、堵水限排区判断：根据步骤四中计算得出的该隧道节段的堵水限排控制水位标准H₀，并结合该隧道节段所穿越地层的水位高度H₁，对该隧道节段是否为堵水限排区进行判断：当H₁≤H₀时，该隧道节段为堵水限排区，并进入步骤六；否则，当H₁＞H₀时，无需对该隧道节段进行堵水限排处理；

步骤六、堵水限排：采用注浆系统向该隧道节段的衬砌外侧注浆并形成注浆圈(3)，以对该隧道节段进行堵水限排；

注浆之前，先对注浆圈(3)的厚度d进行确定；其中d＝r_g‑r₁  (4)；公式(4)中，r_g为注浆圈(3)的半径且r_g根据公式进行确定；公式(5)中，k_g为注浆体渗透系数且其单位为m/s。

2.按照权利要求1所述的一种基于折算转化渗透系数的隧道排水量分区控制方法，其特征在于：步骤一中进行隧道排水量预测时，采用有限元数值计算法计算得出该隧道节段的隧道排水量预测值Q。

3.按照权利要求1或2所述的一种基于折算转化渗透系数的隧道排水量分区控制方法，其特征在于：所述隧道节段的长度为50m～150m。

4.按照权利要求3所述的一种基于折算转化渗透系数的隧道排水量分区控制方法，其特征在于：所述隧道节段的长度为100m。

5.按照权利要求1或2所述的一种基于折算转化渗透系数的隧道排水量分区控制方法，其特征在于：步骤三中所述的n＝0.5年～1年。

6.按照权利要求1或2所述的一种基于折算转化渗透系数的隧道排水量分区控制方法，其特征在于：步骤六中所述注浆圈(3)的厚度d＜8m。

7.按照权利要求1或2所述的一种基于折算转化渗透系数的隧道排水量分区控制方法，其特征在于：步骤六中所述注浆系统所注的水泥浆液为水泥浆，且k_g＝1.6×10^‑8m/s。

8.按照权利要求1或2所述的一种基于折算转化渗透系数的隧道排水量分区控制方法，其特征在于：步骤五中所述的H₁为通过水文地质勘察实测出的该隧道节段所穿越地层的水位高度。

9.按照权利要求1或2所述的一种基于折算转化渗透系数的隧道排水量分区控制方法，其特征在于：步骤二中所述该隧道节段的衬砌为复合式衬砌，步骤六中所述注浆圈(3)位于复合式衬砌(4)外侧。