隧洞衬砌外水压力的取值方法与应对措施研究

发布时间：2020-01-28 07:05

【摘要】：针对隧道衬砌外水压力折减系数选取、衬砌结构选型等问题,在阐述外水压力折减系数含义的基础上,通过对衬砌类型进行系统分类,对不同衬砌型式外水作用规律与外水压力折减系数进行了分析与讨论。其中,全封堵型衬砌折减系数为1,全排型衬砌折减系数为0,而排堵结合型衬砌折减系数则与整个衬砌系统的设计参数有关。同时,指出相应衬砌结构设计中存在的错误认识,并由此引申出隧道工程在外水压力应对处理方面应该关注的主要影响因素。研究成果可为应对外水压力问题的地下隧道衬砌设计提供参考。
【图文】：

外水压力,渗流量,排堵结合,衬砌

囗话悴捎霉嘟嘌滤釈胧┐鐚淼叵?水问题。渗漏量减小后，此时若认为后期作用于衬砌上的外水压力由于渗漏量的有效控制而减小，在设计中采用全封堵型衬砌结构，则势必导致随着运行时间的增加，作用于衬砌上的外水压力量值逐渐增长，并最终达到与实际赋存环境下初始地下水水头较为接近。王建宇［15］在室内试验中亦验证了这一观点。2.3全排型衬砌全排型衬砌是指在整个地下隧道系统中无任何堵水措施，围岩渗流均排放出隧洞系统的衬砌结构型式。作用于衬砌上的外水压力及渗流量主要与排水系统的排水能力有关，如图2所示。图2全排型衬砌外水压力与渗流量关系由图2可知，随着衬砌排水能力的变化，衬砌外水压力及渗流量相应变化，外水压力折减系数亦相应变化。如衬砌排水系统能及时将围岩渗流全排放，将使得作用于衬砌上的外水压力接近于0，外水压力折减系数βe等于0，但对应围岩渗流量较大，对于地下水资源破坏明显，并将引起地表塌陷等环境问题。如襄渝铁路中梁山隧道采用以排为主的原则处理地下水问题，出现了地表水漏失和地面塌陷问题。该隧道1971年1月动工，10月开始水井干枯，水位下降。1972年4月地表130口水井中有48口被疏干，其余井泉水位下降;地面塌陷29处共计2319m2，最深塌陷坑深达13m，塌陷面积最大达400m2，影响范围3～3.5km，总面积14km2。1978年交付运营后，又于1979年9月发现东槽谷洞顶钱家院子一带地面塌陷［5］。2.4排堵结合型衬砌排堵结合型衬砌是由具有堵水功能的灌浆层和排放功能的排水系统有机组成的地下水处理系统，既能消减地下水压力，亦对地下水资源影响较校采用排堵结合型衬砌结构时，缺少其中某一部分，则达不到排堵结合的功65

关系图,外水压力,渗水量

?等于0)。故而在选择排堵结合型衬砌时，保证排水系统的排水能力和长期有效性是需要考虑的重点问题。对于地下隧道工程而言，此时主要需要选择的参数即为允许排放量值，该值的选取与环境影响程度相关，基于允许排放量值可以确定灌浆层的设计参数。3地下隧道工程衬砌外水应对处理方法3.1基本原则(1)地下水水头不高于60m时，可采用全封堵型衬砌进行外水处理，将外水压力作为一种荷载，采用“荷载—结构物”模型进行衬砌稳定性验算［2］。注:nrL为岩石与衬砌渗透系数比，nrg为岩石与灌浆层渗透系数比图3外水压力与渗水量关系(2)地下水水头高于60m时，建议采用排堵结合型衬砌处理地下水问题。若排水系统能全部排出灌浆层渗流水量，只需根据允许排放量确定围岩渗流量，进而考虑灌浆层设计参数的选择。若排水系统排水能力有限，可根据洞室设计几何尺寸、衬砌、灌浆层厚度等，绘制外水压力与渗水量关系图［1］(见图3)。结合允许排放量和衬砌所能承受的外水荷载，选择对应的灌浆层渗透系数和二衬等效渗透系数。确定二衬所需的渗透系数后，则可根据工程类比法或数值计算法确定所需的排水系统设计尺寸。3.2重点问题(1)外水压力折减系数。外水压力折减系数是与地下水处理措施相对应的量，与围岩地下水活动状况并不单方面相关，若为全封堵型衬砌则βe等于1，，若为全排型衬砌则βe等于0，若为封堵结合型衬砌则βe与整个衬砌系统的设计参数相关。地勘报告中所提外水压力折减系数，仅是岩体渗透性能的反映，折减系数最终与整个衬砌系统相关。(2)允许排放量。无论是全排型衬砌还是排堵结合型衬砌，均需要确定的一个关键量为允许排放量。目前还没有关于隧洞工程允许排放量的相关规范规程要求，国?

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