基于监测的深埋引水隧道原始水头分析

发布时间：2020-01-28 11:35

【摘要】：针对"荷载—结构物"模型,基于现场实测数据资料,在深埋隧道围岩轴对称假定前提下,基于渗流理论推导出施工期隧道开挖后围岩内水压力分布的解析解,研究远场稳定水头与远场稳定水头半径的相互关系,提出通过现场围岩地下水水压监测数据反推远场稳定水头和远场稳定水头半径的思路和方法。以引汉济渭工程越岭段隧道为例,根据施工期地下水的水压监测资料,分析了部分洞段隧道部位的初始水压力及隧道开挖后形成的稳定远场水头半径,得到衬砌结构外水荷载。结果表明:在隧道内只要测到某一围岩深度的水头值,就可以确定远场稳定水头与影响半径;洞段K77+993断面围岩深度14 m处压力水头为10.50 m,则远场稳定水头为39.65 m,影响半径43.65 m。研究成果能够为注浆和排水设计提供借鉴和参考。
【图文】：

段庆伟，等∥基于监测的深埋引水隧道原始水头分析水利水电技术第48卷2017年第8期荷载，来指导深埋隧道的注浆和排水设计，供设计者借鉴和参考。1轴对称模型围岩内地下水特征轴对称模型隧道围岩地下水渗流特征如图1所示。所谓轴对称是指几何条件、物理条件及渗流条件都是以洞轴线为中心对称的，流线指向洞轴的径向方向。等水头面是与隧道轴线共轴的圆柱面，并和过水断面一致，通过各过水断面的流量相等，等于隧道内的渗漏量。图1隧道围岩地下水渗流特征示意以隧道轴线为z轴，渗流满足连续性方程(即La-place方程)鄀2H=0(2)以柱坐标形式表示为1r鐓鐓rr鐓H鐓()r+1r2鐓2H鐓θ2+鐓2H鐓z2=0(3)水流垂直于z轴，故而鐓H/鐓z=0，同时，水头场函数H关于隧道轴线z对称，即鐓H/鐓θ=0，故可将式(3)可简化为1rddrrdHd()r=0(4)即rdHdr=C(5)不同过水断面的流量相等，根据Darcy定律，每延米隧道的渗漏量Q0=2πrkdHdr(6)则C=Q02πk(7)将式(7)带入式(5)，得rdHdr=Q02πk(8)分离变量得dH=Q02πk1rdr(9)边界条件r=Ｒ0(H=H0)r=rini(H=0)r=r(H=h{)(10)对式(9)进行积分，则∫H0hdH=Q02πk∫Ｒ0r1rdr∫H00dH=Q02πk∫Ｒ0rini1rd{r(11)也即H0－h=Q02πklnＲ0rH0=Q02πklnＲ0r{ini(12)由式(12)可得h=H0lnrrininＲ0rini(13)式(13)即为隧道开挖后地下水影响半径范围内围岩地下水水头的解析解。该式说明在围岩内渗流?

?0r{ini(12)由式(12)可得h=H0lnrrininＲ0rini(13)式(13)即为隧道开挖后地下水影响半径范围内围岩地下水水头的解析解。该式说明在围岩内渗流相对稳定时，不论渗透系数大小如何，只要给定影响半径和影响半径处的水头，施工期无衬砌无注浆隧道围岩内的水头分布就确定了。如果隧道有了衬砌结构，则同样可得到式(1)的结果，不再赘述。2影响半径和远场稳定水头的确定假设隧道开挖影响区范围内几何条件、物理条件及渗流条件都满足轴对称条件，隧道开挖前，地下水来源充沛，地下水状态如图2(a)所示。隧道开挖后，衬砌和围岩注浆前，，地下水是通过围岩自然渗漏，然后由抽水设备将水排出洞外，隧道内水头为零，在隧道围岩内地下水头分布则如图2(b)所示。图2隧道开挖前后围岩内水头分布示意109


本文编号：2573994