针对隧道衬砌破坏突涌水灾害发生区段的渗透系数测定方法与流程

本发明涉及隧道工程的，尤其涉及一种针对隧道衬砌破坏突涌水灾害发生区段的渗透系数测定方法。

背景技术：

1、在运营期隧道中，衬砌外水压力大小与围岩渗透系数和隧道中心水头高度密切相关，而对于渗透系数的测定一般采用注水试验方法，但对岩溶隧道而言，由于岩溶的复杂性，岩体中含大量岩溶管道、裂隙及溶腔，使注水试验得出的渗透系数值离散性较大，无法用于衬砌结构外水压力计算，因此确定岩溶隧道灾害段的渗透系数是灾害治理的重中之重，亟需一种针对隧道衬砌破坏突涌水灾害发生区段的渗透系数测定方法。

技术实现思路

1、本发明为了解决上述技术问题提供一种针对隧道衬砌破坏突涌水灾害发生区段的渗透系数测定方法。

2、为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、一种针对隧道衬砌破坏突涌水灾害发生区段的渗透系数测定方法，包括如下步骤：

4、步骤1：获取隧道中二衬结构极限承载水压值，当隧道处于临界水压工作状态时，二衬结构达到承载水压极限值，在雨季来临时通过监测隧道周侧水库水位和隧道渗漏水数据得到隧道临界水头高度，根据监测的隧道周侧水库水位和隧道渗漏水数据计算得到二衬结构极限承载水压值，具体的，在隧道灾害发生范围内的衬砌断面位置，采用荷载-结构法进行数值计算获取二衬外水压力极限值；

5、步骤2：获取的二衬结构极限承载水压值结合围岩均质条件下衬砌结构外水压力计算公式，通过反分析获取隧道衬砌破坏突涌水灾害发生区段的渗透系数，其中，复合式衬砌结构外水压力计算包括如下步骤：

6、步骤2.1：根据地下水动力学理论分别获取隧道在围岩均质条件下初始水压力0以及渗透到初期支护处的地下水量0：

7、

8、

9、式中：0为二次衬砌外径；1为初期支护外径；2为远场距离，其等于隧道的中心水头高度即2＝；1为初期支护的渗透系数，为围岩的等效渗透系数；为隧道的中心水头高度；为岩体的容重；

10、步骤2.2：隧道涌水经排水系统折减后作用于二衬结构水压力定义为：

11、

12、式中：为隧道设计排水量；

13、步骤2.3：作用于二衬结构的外水压力与衬砌结构、防排水设施、水头高度、围岩渗透系数直接相关，在运营期隧道中，由于衬砌结构、防排水设施均已完成，衬砌尺寸1、0，渗透系数1，设计排水量均为固定值，因此影响衬砌结构外水水压的可变因素只有围岩渗透系数和隧道中心水头高度，当隧道处于临界工作状态时，隧道中心水头高度等于水库临界水头高度0，二衬结构承载水压力达到极限值1，联立式(1-3)通过反算得到围岩的等效渗透系数。

14、优选的，为了降低联立式(1-3)反算渗透系数过程的难度，进一步地，在反算联立公式得到围岩的等效渗透系数中引入围岩折减系数具体步骤如下：

15、步骤2.3-1：围岩折减系数为初始水压力与实际水压之比，有以下定：

16、

17、步骤2.3-2：对比式(1)和式(4)获得下式：

18、

19、步骤2.3-3：转换式(5)为下式：

20、

21、步骤2.3-4：将式(6)带入式(2)中获取渗流量0与围岩折减系数公式：

22、

23、步骤2.3-5：联立式(3)、(4)和(7)获取围岩折减系数

24、

25、步骤2.3-6：将式(8)带入式(6)获取围岩平均渗透系数

26、

27、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

28、本发明将获取的岩溶隧道的二衬结构极限承载水压值与围岩均质条件下衬砌结构外水压力计算公式相结合，通过反分析可精确的获取隧道衬砌破坏突涌水灾害发生区段的渗透系数。

技术特征：

1.一种针对隧道衬砌破坏突涌水灾害发生区段的渗透系数测定方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的针对隧道衬砌破坏突涌水灾害发生区段的渗透系数测定方法，其特征在于，在步骤1中，当隧道处于临界水压工作状态时，二衬结构达到承载水压极限值，在雨季来临时通过监测隧道周侧水库水位和隧道渗漏水数据得到隧道临界水头高度，根据监测的隧道周侧水库水位和隧道渗漏水数据计算得到二衬结构极限承载水压值。

3.根据权利要求2所述的针对隧道衬砌破坏突涌水灾害发生区段的渗透系数测定方法，其特征在于，步骤2中的复合式衬砌结构外水压力计算包括：

4.根据权利要求3所述的针对隧道衬砌破坏突涌水灾害发生区段的渗透系数测定方法，其特征在于，在反算联立公式得到围岩的等效渗透系数中引入围岩折减系数具体步骤如下：

技术总结
本发明公开一种针对隧道衬砌破坏突涌水灾害发生区段的渗透系数测定方法，涉及隧道工程的技术领域，实施时先获取隧道中二衬结构极限承载水压值，再将获取的二衬结构极限承载水压值结合围岩均质条件下衬砌结构外水压力计算公式，通过反分析即可精确的获取隧道衬砌破坏突涌水灾害发生区段的渗透系数。

技术研发人员：王蕾,杜雨良,董莉莉,陈德彦,郭伟,胡善庆,刘文霞,曹胜,李君
受保护的技术使用者：中铁十六局集团第三工程有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15