基于生态需水保护的山岭隧道地下水限排研究

发布时间：2017-08-04 22:03

  本文关键词：基于生态需水保护的山岭隧道地下水限排研究

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【摘要】：我国是一个多山的国家,各级公路与铁路建设不可避免需要穿越各种高山峻岭,其中不乏许多高水压富水地层的山岭隧道。以往山岭隧道建设过程中对于地下水处理措施以排为主居多,不可避免破坏隧址区水文环境。一方面富水山岭隧道排水对围岩与衬砌稳定性造成影响,另一方面容易导致隧址区涌水量过大、地表水位下降、生态环境恶化等不良影响。本文为维持隧址区生态需水保护条件与隧道工程的稳定性、实用性与耐久性,以“主动堵水,限量排放”为理念进行指导,依托重庆市轨道交通1号线第一条长大山岭隧道中梁山隧道,采用理论分析、数值模拟等方法对富水山岭隧道地下水限排模式下渗流相关规律进行深入研究,提出隧道排水量合理限值,为富水山岭隧道设计、施工与防排水方案提供参考,取得以下主要成果:(1)通过查阅相关文献了解山岭隧道涌水量确定方法,基于达西定律、地下水动力学和地下水裂隙岩体渗流的基本理论,推导出富水山岭隧道开挖过程涌水量与衬砌水压力计算公式。依据植被生态需水保护需求,确定维持植被生态需水条件下排水量计算方法,从而确定合理的限排量,得出限排模式下衬砌外水压力计算方法,归纳整理得出“生态需水保护”条件下的隧道设计准则。(2)通过对中梁山隧道工程水文地质资料的调查,采用数值模拟方法,建立流固耦合作用下山岭隧道施工阶段渗流模型,分析中梁山隧道渗流对隧道围岩和衬砌结构稳定性的影响特征以及地下水涌水量、地下水位变化规律。建立注浆加固下的隧道渗流模型模拟开挖施工过程渗流影响规律,获得注浆加固对于隧道开挖渗流的影响规律。(3)分别研究不同地下水处理模式、降水量、围岩级别、初期支护渗透系数、注浆圈渗透系数与厚度等因素对隧道施工阶段与运营阶段的渗流规律的影响,分析涌水量大小、衬砌水压力、地下水位降深随各因素的变化规律,为限排模式地下水排放量提供参考依据。(4)根据隧址区的水文地质和降水情况,计算出隧道生态需水条件下不同围岩级别与不同季节下的允许排水量。在此排水量控制下,结合隧道抗水压式衬砌结构设计要求和隧道排水量的大小,给出中梁山隧道限量排放地下水参考值,提出基于限量排放下的隧道施工措施及限量排放实施方法。
【关键词】：山岭隧道 生态需水 渗流 注浆加固圈 限排量
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U453.6
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-17
• 1 绪论17-29
• 1.1 问题的提出与研究意义17-18
• 1.2 国内外研究现状18-26
• 1.2.1 隧道开挖对地表生态需水影响研究现状18-19
• 1.2.2 山岭隧道开挖涌水量计算理论研究现状19-21
• 1.2.3 地下水限排对山岭隧道围岩与衬砌结构影响研究现状21-24
• 1.2.4 山岭隧道地下水限排方法及标准研究现状24-26
• 1.3 研究内容和技术路线26-29
• 1.3.1 研究内容26
• 1.3.2 技术路线26-29
• 2 基于生态需水保护的山岭隧道涌水量研究29-53
• 2.1 引言29
• 2.2 隧址区水资源的循环和储存29-32
• 2.2.1 隧址区地下水资源循环过程29-30
• 2.2.2 地下水储存形态及特征30-31
• 2.2.3 地下水的分类与特征31-32
• 2.3 常见隧道涌水量确定方法32-35
• 2.3.1 理论解析法32-34
• 2.3.2 简易水均衡法34-35
• 2.3.3 数值分析法35
• 2.4 地下水裂隙岩体渗流研究35-38
• 2.4.1 渗流基本定律——达西定律35-36
• 2.4.2 渗流连续方程36-37
• 2.4.3 渗流基本微分方程37
• 2.4.4 稳定渗流状态能量方程37-38
• 2.5 限排模式排水量与衬砌外水压力的计算推导38-41
• 2.5.1 计算模型38-39
• 2.5.2 隧道涌水量的简化39
• 2.5.3 竖井井深涌水量推导39-41
• 2.6 基于生态需水保护的山岭隧道排水量确定41-47
• 2.6.1 隧道生态环境指标的确定41-43
• 2.6.2 分析计算模型与方法43-44
• 2.6.3 地下水疏干漏斗体积与影响范围计算44-46
• 2.6.4 地下水限排量确定46-47
• 2.7 限量排放模式衬砌水压力计算47-51
• 2.7.1 折减系数法计算48-50
• 2.7.2 地下水动力学解析法50
• 2.7.3 衬砌水压力与注浆圈水压力分配关系50-51
• 2.8 本章小结51-53
• 3 流固耦合下重庆中梁山隧道渗流规律研究53-97
• 3.1 引言53
• 3.2 工程概况53-61
• 3.2.1 自然地理概况53-54
• 3.2.2 工程区域地质54-56
• 3.2.3 水文地质条件56
• 3.2.4 生态环境条件56-58
• 3.2.5 隧道设计情况58-59
• 3.2.6 隧道施工情况59-61
• 3.3 中梁山隧道模型建立61-75
• 3.3.1 FLAC3D流固耦合原理61-63
• 3.3.2 计算模型建立63-66
• 3.3.3 初始应力场与渗流场求解66-67
• 3.3.4 隧道开挖阶段应力场与位移场变化规律67-73
• 3.3.5 隧道开挖阶段渗流场变化规律73-75
• 3.4 堵水模式下衬砌与围岩受力、渗流及涌水量变化研究75-85
• 3.4.1 堵水模式下应力场与位移场变化规律75-80
• 3.4.2 堵水模式下渗流场的变化规律80-81
• 3.4.3 堵水模式下涌水量变化规律81-83
• 3.4.4 堵水模式下地表水位变化模拟83-85
• 3.5 排水模式下衬砌与围岩受力、渗流及涌水量变化研究85-93
• 3.5.1 排水模式下应力场的变化规律85-89
• 3.5.2 排水模式下渗流场的变化规律89-90
• 3.5.3 排水模式下涌水量变化规律90-92
• 3.5.4 排水模式下地表水位变化模拟92-93
• 3.6 本章小结93-97
• 4 不同因素对富水山岭隧道渗流场的影响规律研究97-135
• 4.1 引言97
• 4.2 数值模型建立与参数确定97-106
• 4.2.1 基本假定与模型建立97-99
• 4.2.2 模拟边界条件与参数选取99-100
• 4.2.3 隧道开挖过程中渗流场基本变化规律100-104
• 4.2.4 隧道施工过程中地下水涌水量的变化规律104-106
• 4.3 隧道防排水模式对渗流场影响规律106-111
• 4.3.1 全封堵模式的影响规律106-108
• 4.3.2 全排放模式的影响规律108-109
• 4.3.3 限量排放模式的影响规律109-111
• 4.4 降雨入渗与水源补给对隧道渗流场的影响规律111-115
• 4.5 含水层参数（围岩级别）对渗流场的影响规律115-121
• 4.5.1 岩层渗透系数影响规律115-118
• 4.5.2 体积含水量影响规律118-121
• 4.6 隧道初期支护渗透性的影响规律121-125
• 4.7 注浆加固圈对隧道渗流场影响规律125-132
• 4.7.1 注浆控制要素概述125-126
• 4.7.2 注浆加固圈厚度对隧道渗流场影响规律126-129
• 4.7.3 注浆加固层渗透系数对隧道渗流场影响规律129-132
• 4.8 本章小结132-135
• 5 山岭隧道地下水限量排放标准研究135-159
• 5.1 引言135
• 5.2 现有隧道限排水标准135-136
• 5.3 基于生态需水保护山岭隧道限排量确定方法136-142
• 5.3.1 隧址区地下水资源量分析136-138
• 5.3.2 山岭隧道限排量确定步骤138-139
• 5.3.3 计算参数确定139-140
• 5.3.4 影响范围选取140-141
• 5.3.5 地下水位降深s的计算141-142
• 5.4 中梁山隧道工程限排量确定方法142-152
• 5.4.1 隧道限排量确定实例142-149
• 5.4.2 高涌水量区间计算实例149-152
• 5.5 地下水环境保护设计与施工技术措施152-156
• 5.5.1 隧道防排水设计152-154
• 5.5.2 注浆堵水措施154-156
• 5.6 本章小结156-159
• 6 结论与建议159-163
• 6.1 结论159-160
• 6.2 建议160-163
• 致谢163-165
• 参考文献165-171
• 附录171
• A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录171
• B. 作者在攻读硕士学位期间参与的科研项目171

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本文编号：621915