专利名称：外水压力作用下隧洞运行安全性试验方法
技术领域：
本发明涉及ー种外水压力作用下隧洞运行安全性试验方法，主要适用于水利水电工程中。
背景技术：
目前，我国很多水电工程采用引水式开发，为了保证隧洞运行期的安全，通常采用深埋的布置方式，在如此条件下引水隧洞将不得不承受高外水压カ的作用。而衬砌主要起到加固、支撑、維持三个方面的作用，衬砌必须与岩体的初期支护一起共同保证在外水压カ作用下围岩的稳定。但是由于隧洞开挖后近临空面的岩体破裂严重，导水结构发育，滲透系数较完整岩体有明显的提高，整个结构体系仍将承受巨大的外水压力，整体安全性受到严峻的考验。
在深埋的环境下，高地应力、高外水压カ下，围岩的长期力学特性与浅埋工程是完全不同的，由此直接导致衬砌荷载的复杂性和特殊性，既有围岩长期变形产生的压力，也有外水压力，而围岩长期变形压カ既来自于高应カ下围岩时效破裂产生的膨胀变形，也来自于渗流场变化导致围岩内有效应カ改变引起的附加变形，因此，传统的衬砌设计理念已不适应这种复杂情况，目前规范中的设计方法可能难以充分评估并考虑这些极端条件的作用效应。虽然数值计算方法较以往有了很大的进步，但是由于岩体介质本身及其力学响应、赋存环境等因数的极端复杂性，采用数值方法一方面无法模拟出现场围岩的实际破裂情况，特别是随着工程开挖周围环境的不断演化，对于工程的实际影响无法准确评估；另ー方面无法准确再现岩体内部的渗流场特别是裂隙渗流特征，必须对现场的实际情况进行适当的简化，对隧洞工程的安全性无法作出准确的评价。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对上述存在的问题提供ー种外水压力作用下隧洞运行安全性试验方法，通过对不同支护措施的模拟，真实再现现场的实际开挖情况，同时利用压水的方法模拟高外水压力作用，评价隧洞运行期间的稳定性，尽量做到与现场情况保持一致，以克服数值模拟方法的弊端和规范计算方法的局限性，评价不同支护方案下围岩和支护系统在外水压力作用下的安全性。 本发明所采用的技术方案是外水压力作用下隧洞运行安全性试验方法，其特征在于步骤如下
a、开挖试验洞，并控制其长度不小于4倍洞径；
b、在试验洞中部选取I倍洞径长度的隧洞作为支护区，并按照现场实际支护措施进行系统支护，同时选取I倍洞径长度的隧洞作为非支护区；所述支护区和非支护区到试验洞两端的距离不小于I倍洞径的长度；
C、分别在支护区和非支护区进行压水试验，并进行系统的监测，其中支护区的监测项目包括锚杆应カ监测、水压监测、衬砌应カ监测和损伤扩展的声波测试，非支护区的监测项目包括水压监测和声波测试。所述试验洞的尺寸与现场隧洞的实际尺寸相同。步骤b中的支护措施包括喷锚支护和衬砌支护。本发明的有益效果是本发明开挖一条与现场实际情况一致的试验洞，通过对不同支护措施的模拟，真实再现现场的实际开挖情况，同时利用压水的方法模拟高外水压カ作用，对隧洞在外水压力作用下的安全性进行系统的测试，有利于对深埋隧洞运行期的安全性作出合理的评价，从而弥补了规范计算方法和数值计算方法的缺陷，也为今后该类型隧洞的安全运行提供了更为可靠的技术支撑。
图I是本发明的结构图。图2是图I的A部放大图。
具体实施例方式如图I所示，本实施例的试验步骤如下
a、开挖试验洞1，并控制其尺寸与现场隧洞实际尺寸的比例为I :1，使其尽可能与现场实际情况保持一致，该试验洞的长度最好不小于4倍洞径，本例中试验洞I的长度为4倍洞径。b、将试验洞I划分为四段，其中位于两端的两段用于消除掌子面效应，中间两段的长度均为I倍洞径，分别为支护区1-1和非支护区1-2，以方便进行对比；其中支护区1-1按照现场实际支护措施进行系统支护，包括喷锚和衬砌。本例由于试验洞I全长为4倍洞径，因此四段长度均为I倍洞径；当试验洞I长度大于4倍洞径时，位于两端的两段长度相等且大于I倍洞径，中间两段的长度则始终为I倍洞径。C、如果现场围岩的滲透率超过lLu，则有必要进行帷幕灌浆，以保证压水时围岩的密闭性。本例中，帷幕灌浆孔9共布置两组，且以支护区1-1为中心对称布置，即两组帷幕灌浆孔9到支护区1-1的最近距离均为I倍洞径。d、分别在支护区1-1和非支护区1-2进行压水试验，并进行系统的监测，其中支护区1-1的监测项目包括锚杆应カ监测、水压监测、衬砌应カ监测和损伤扩展的声波测试，非支护区1-2的监测项目包括水压监测和声波测试。对于支护区1-1，压水试验装置和监测系统布置结构如图2所示，其中监测系统包括布置于洞壁与衬砌2之间的渗压计3、安装于锚杆4上的锚杆应カ计5，以及位于衬砌2表面的应变计6，其中锚杆4锚固端锚固于试验洞I外围的围岩7内，锚杆应カ计5同样位于围岩7内；压水试验装置为ー嵌入围岩7内的压水钢管8，其两端均为固结段8-1，中间为用于出水的花管段8-2，两固结段分别与围岩7和衬砌2固结连接。为了评价试验洞I的长期安全性，还需要对其进行长期的监测。本发明根据隧洞所处位置的地下水位确定合理的水压力，利用系统的测试手段收集隧洞长期在外水压力作用下的反馈，通过对比支护段和非支护段的力学响应，获得隧洞在运行期内的安全性设计方法和评价标准。本发明可以直接为正式施工的支护设计、灌浆深度、灌浆压力、检查合格标准等方面提供參考依据。
权利要求
1.一种外水压力作用下隧洞运行安全性试验方法，其特征在于步骤如下 a、开挖试验洞(I)，并控制其长度不小于4倍洞径； b、在试验洞(I)中部选取I倍洞径长度的隧洞作为支护区(1-1)，并按照现场实际支护措施进行系统支护，同时选取I倍洞径长度的隧洞作为非支护区(1-2);所述支护区(1-1)和非支护区(1-2)到试验洞(I)两端的距离不小于I倍洞径的长度； C、分别在支护区(1-1)和非支护区(1-2)进行压水试验，并进行系统的监测，其中支护区(1-1)的监测项目包括锚杆应力监测、水压监测、衬砌应力监测和损伤扩展的声波测试，非支护区(1-2)的监测项目包括水压监测和声波测试。
2.根据权利要求I所述的外水压力作用下隧洞运行安全性试验方法，其特征在于所述试验洞(I)的尺寸与现场隧洞的实际尺寸相同。
3.根据权利要求I或2所述的外水压力作用下隧洞运行安全性试验方法，其特征在于步骤b中的支护措施包括喷锚支护和衬砌支护。
全文摘要
本发明涉及一种外水压力作用下隧洞运行安全性试验方法。本发明的目的是提供一种外水压力作用下隧洞运行安全性试验方法，利用压水的方法模拟高外水压力作用，评价隧洞运行期间的稳定性，尽量做到与现场情况保持一致，以克服数值模拟方法的弊端和规范计算方法的局限性。本发明的技术方案是外水压力作用下隧洞运行安全性试验方法，其特征在于步骤如下a、开挖试验洞；b、在试验洞中部选取1倍洞径长度的隧洞作为支护区，并进行系统支护，选取1倍洞径长度的隧洞作为非支护区；所述支护区和非支护区到试验洞两端的距离不小于1倍洞径的长度；c、分别在支护区和非支护区进行压水试验，并进行系统的监测。本发明适用于水利水电工程中。
文档编号E02B1/02GK102704438SQ20121020995
公开日2012年10月3日 申请日期2012年6月25日 优先权日2012年6月25日
发明者刘宁, 张春生, 朱焕春, 褚卫江 申请人:中国水电顾问集团华东勘测设计研究院, 浙江中科依泰斯卡岩石工程研发有限公司