一种长大隧道斜井反坡抽水量计算方法与流程

本发明涉及隧道工程，尤其涉及一种长大隧道斜井反坡抽水量计算方法。

背景技术：

1、近年来，随着我国基础设施建设的不断发展，在铁路、公路、水利等建设项目中隧道工程尤其是深埋长大隧道工程日益增多，在施工时不可避免地会穿越复杂的地质地层。一般而言，隧道埋深越深、长度越长，其开挖后地下水的涌水量就越大。

2、为缩短施工工期和解决隧道通风问题，长大隧道通常设计有斜井工区，即通过斜井进入主洞施工。当斜井洞口高程高于主洞高程时，施工期间就需要通过斜井进行抽水。这种情况下，在主洞工区与斜井工区贯通前，斜井工区内沿主洞开挖的方向不管是顺坡还是反坡，都需要通过斜井进行抽水。

3、为保证施工安全顺利进行并尽可能减少抽水费用，需要在设计阶段充分考虑地下水的排放，计算隧道的反坡抽水量，尤其是斜井的反坡抽水量。因为斜井与主洞扬程差异大，所以斜井反坡抽水与主洞反坡抽水实际定额消耗差异大、抽水每立方费用差异大，需要将二者独立核算。

4、在如何计算反坡抽水量上，业内并没有统一的做法并且偏于简单笼统，缺乏对地质条件、施工时间、隧道涌水量与施工时间关系的统筹考虑，反坡抽水区段划分与实际不匹配，未区分主洞反坡抽水与斜井反坡抽水。

技术实现思路

1、鉴于上述分析，本发明旨在提供一种长大隧道斜井反坡抽水量计算方法，用以解决现有斜井反坡抽水量计算方法偏于简单笼统、与实际不匹配的问题。

2、本发明提供了一种长大隧道斜井反坡抽水量计算方法，所述方法包括以下步骤：

3、基于主洞和斜井各个围岩等级的长度和挖掘速度分别得到主洞、斜井各自的总长度、总挖掘时间、日平均挖掘速度；

4、基于主洞与斜井的交叉位置、各工区的开挖时间以及主洞、斜井各自的总长度、日平均挖掘速度得到斜井工区和主洞工区的各开挖区段长度、各开挖区段挖掘时间以及主洞工区与斜井工区的最早贯通时间；

5、根据主洞工区与斜井工区的最早贯通时间得到斜井工区中各个开挖区段对应的反坡抽水区段；

6、根据各个斜井反坡抽水区段所包含的水文地质区段，将各个斜井反坡抽水区段划分为各斜井反坡抽水计算区段；

7、根据各斜井反坡抽水计算区段、主洞及斜井的日平均挖掘速度、主洞工区与斜井工区的最早贯通时间得到各计算区段挖掘时间和等待时间，基于各计算区段对应的每延米单位时间涌水量、挖掘时间、等待时间得到斜井反坡抽水总量。

8、进一步的，用主洞各个围岩等级的长度之和除以对应围岩等级的挖掘速度得到主洞的总挖掘时间，用主洞的总长度除以主洞的总挖掘时间得到主洞的日平均挖掘速度；用斜井各个围岩等级的长度之和除以对应围岩等级的挖掘速度得到斜井的总挖掘时间，用斜井的总长度除以斜井的总挖掘时间得到斜井的日平均挖掘速度。

9、进一步的，所述斜井工区的各开挖区段为：斜井开挖区段、从主洞与斜井的交叉位置向主洞进口方向的开挖区段、从主洞与斜井的交叉位置向主洞出口方向的开挖区段；所述主洞工区的各区段为：从主洞进口向主洞出口方向的开挖区段、从主洞出口向主洞进口方向的开挖区段。

10、进一步的，基于主洞与斜井的交叉位置、各工区的开挖时间以及主洞、斜井各自的总长度、日平均挖掘速度得到斜井工区和主洞工区的各开挖区段长度包括：

11、假设斜井的开挖时间与主洞进口的开挖时间相差δtx天，主洞进口的开挖时间与主洞出口的开挖时间相差δty天，主洞进口到主洞与斜井交叉位置的距离为la，主洞出口到主洞与斜井交叉位置的距离为lb，采用如下公式得到斜井工区和主洞工区的各开挖区段长度：

12、

13、其中，为主洞的日平均挖掘速度，为斜井的日平均挖掘速度，t5为斜井的挖掘时间，l1为从主洞进口向主洞出口方向的开挖区段，l2为从主洞与斜井的交叉位置向主洞进口方向的开挖区段，l3为从主洞与斜井的交叉位置向主洞出口方向的开挖区段，l4为从主洞出口向主洞进口方向的开挖区段，l5为斜井开挖区段。

14、进一步的，用所述各开挖区段长度除以对应的日平均挖掘速度得到各开挖区段挖掘时间；基于各开挖区段挖掘时间得到从主洞进口向主洞出口方向的开挖区段和从主洞与斜井交叉位置向主洞进口方向的开挖区段的第一贯通时间、从主洞与斜井交叉位置向主洞出口方向的开挖区段和从主洞出口向主洞进口方向的开挖区段的第二贯通时间；从第一贯通时间、和第二贯通时间中选取最小值作为主洞工区与斜井工区的最早贯通时间。

15、进一步的，斜井反坡抽水区段包括斜井开挖区段、从主洞与斜井交叉位置向主洞进口方向的开挖区段和从主洞与斜井交叉位置向主洞出口方向的开挖区段中在斜井工区与主洞工区最早贯通时间之前已经开挖的区段。

16、进一步的，每个斜井反坡抽水区段被划分为若干个斜井反坡抽水计算区段，每个斜井反坡抽水计算区段只包含一个水文地质区段；根据各斜井反坡抽水区段的长度以及该区段对应的各水文地质区段的长度确定各斜井反坡抽水计算区段的长度。

17、进一步的，所述根据各斜井反坡抽水计算区段的长度、主洞及斜井的日平均挖掘速度、斜井工区与主洞工区的最早贯通时间得到各计算区段挖掘时间和等待时间包括：利用各斜井反坡抽水计算区段长度除以相应区段的日平均挖掘速度得到该区段的挖掘时间，从该区段挖掘完成时起到斜井工区与主洞工区最早贯通时间为止作为该区段的等待时间。

18、进一步的，用各计算区段对应的水文地质区段的长度除以其对应的单位时间涌水量得到各计算区段对应的每延米单位时间涌水量。

19、进一步的，建立计算区段上单位时间涌水量qi与时间t的函数关系式qi＝f(t)；基于各计算区段对应的每延米单位时间涌水量、该区段的长度、挖掘时间和等待时间，对所述函数进行时间积分得到该区段的总抽水量各个计算区段的总抽水量之和为斜井反坡抽水总量。

20、与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：

21、1、本发明建立了斜井反坡抽水计算区段内每延米单位时间涌水量、挖掘时间、等待时间和计算区段长度的函数关系式，计算斜井反坡抽水量时考虑了斜井工区和主洞工区的各区段划分、隧道的纵向围岩等级分布、水文地质区段的分布、主洞与斜井交叉位置的影响、隧道不同工区开挖时间的差异、排水方向随斜井工区与主洞工区贯通的演变，分别计算斜井反坡抽水计算区段内的总抽水量，使斜井反坡抽水量的计算更为合理、精确且符合实际情况。

22、2、单位时间涌水量分为最大涌水量与平均涌水量，通常基于平均涌水量得到斜井反坡总抽水量；对于水文地质特殊的隧道，可以基于最大涌水量得到斜井反坡总抽水量，根据实际情况进行抽水量计算，更为合理、精确。

23、3、本发明提供的斜井反坡抽水量计算方法适用于主洞包含多个斜井的情况，其中斜井口的高程高于主洞的高程。

24、4、本发明提供的斜井反坡抽水量计算方法适用于公路、铁路、水利隧道施工项目，可作为设计阶段计算反坡抽水量费用、编制施工计划的依据，有利于合理安排施工计划、节省开支。

25、本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。