第七章 隧道涌水分析.ppt

隧道工程力学原理 第七章 隧道涌水分析 第一节 概 述 隧道涌水是隧道工程施工中，围岩含水层的地下水在水头压力和其它压力的综合作用下，克服了隔水层、断层、裂隙带等的阻力，以突然的方式涌入隧道的现象，因而又称之为突水。 如果地下水携带有大量泥砂，或饱水的泥砂突然涌入隧道，则称之为突泥。 突泥可以看成为突水的伴生现象。因此，突泥的关键仍是涌水，没有地下水作为动力和载体，突泥是不可能发生的。 涌水突泥给隧道施工，甚至运营带来了极大的危害。轻则掩埋、淹没设备、堵塞坑道，重则造成人身伤亡，影响施工进展，使工程建设蒙受巨大损失。 隧道工程力学原理 隧道涌水类型按涌水状态分为： a.干燥； b.渗水：沿裂隙或孔隙浸出的渗水和雨状滴水； c.线状涌水(线流)； d.帘幕式涌水；沿某一缓倾斜的结构面(断层、裂隙、节理)呈帘幕状的涌水； e.股状涌水(股流)：按涌水量大小分为小股状涌水100t/d，中等股状涌水100-1000t/d，大股状涌水1000-10000t/d，特大股状涌水10000t/d。 京广线长6.06km的南岭隧道，总涌水量最大达81000m3/d，成昆线沙木拉达隧道(6.379km)总涌水量达19550m3/d。 股状涌水按其水量的变化，分为集中涌水和恒定涌水。 隧道工程力学原理 开挖中的非定常涌水称为集中涌水，尔后的定常涌水称为恒定涌水。集中涌水一般有一定压力，流速大、水量多，有时使隧道积水显著增大。 隧道工程力学原理 隧道地下水涌水的定性分析：通过查明隧道含水围岩中地下水的分布及赋存规律，分析隧道开挖区的水文地质及工程地质条件，依据钻探、物探、水化学及同位素分析、水温测定等手段，确定地下水的富集带或富集区，以及断裂构造带、裂隙密集带等可能的地下水涌水通道，并且用均衡法估计隧道涌水量的大小。 隧道涌水的定量评价和计算，主要体现在隧道涌水位置的确定和涌水量预测这两方面。 在隧道涌水位置的确定方面，人们通过对隧道围岩水文地质及工程地质条件的定性分析，发展了随机数学方法和模糊数学方法。 隧道工程力学原理 在涌水量预测问题上，人们根据隧道环境地下水所处地质体的不同性质、水文地质条件的不同复杂程度、施工的不同方式及生产的不同要求等因素，提出了隧道涌水量预测计算的确定性数学模型和随机性数学模型两大类方法。 确定性数学模型方法是利用水力学、地下水动力学等方面的理论，通过数学演绎，推导出隧道涌水量与环境地下水位、围岩渗透性、地下水补给范围、补给时间等因素的定量关系，得出一系列理论或经验解析公式，以预测计算隧道的涌水量。这类方法包括了水文地质类比法（比拟法、径流模数法）、水均衡法、解析法和数值模拟法等。 隧道工程力学原理 随机性数学模型方法是基于对与隧道涌水相关水文地质及工程地质条件不甚了解的前提下，把隧道施工中产生的各种与涌水有关的信息作为输入因子，把涌水造成的灾害或涌水量作为输出响应，利用随机理论建立输入信息与输出响应之间的随机关系，进而预测预报隧道的涌水文题。这类方法主要包括“黑箱（Black Box）”理论法、灰色系统理论法、时间序列分析法和频谱分析法。 隧道工程力学原理 第二节 隧道涌水条件及影响因素 一、隧道地下水赋存的基本特征 据隧道区水文地质勘探，可知隧道穿越富水区段主要为岩溶水和基岩裂隙水，这两类地下水有着不同的赋存特征。 （一）岩溶水的赋存特征 由于岩溶介质的控制，岩溶水赋存的最大特点是在空间和时间上的极不均匀。在空间上，岩溶水赋存沿剖面上一般分为四个水动力带川： （1）垂直入渗带。位于地下水最高水位以上的包气带，主要赋存垂直下渗暂时性水流，岩溶以垂直形态的溶隙、落水洞等为主。 隧道工程力学原理 （2）垂直水平交替带。位于地下水最高水位与最低水位之间的季节变动带，主要赋存垂直下渗和水平流动的暂时性水流，枯水期以前者为主，丰水期以后者为主。岩溶以垂直和水平形态兼有，常形成间歇性地下暗河。 （3）水平循环带。位于地下水最低水位以下的饱水带，赋存的地下水流向当地最低侵蚀基准面。岩溶以水平发育的溶洞、暗河为主。 （4）深循环带。位于局部侵蚀基准面以下的深部，地下水在水头压力作用下向远处的区域性基准面缓慢流动。岩溶以细小的溶隙和溶孔为主。另外，在剖面上，可溶与非可溶岩、或可溶性强与可溶性弱的岩层交界面附近，以及地下水面附近，岩溶水赋存较丰富。 隧道工程力学原理 岩溶水赋存在平面上一般可分为三个区：