[發明專利]一種控制礦山法隧道二次襯砌水壓力的方法

有效

• 申請號: 201710507247.6
• 申請日: 2017-06-28
• 公開（公告）號: CN107178392B
• 公開（公告）日: 2019-04-02
• 發明（設計）人: 肖明清;孫文昊
• 申請（專利權）人: 中鐵第四勘察設計院集團有限公司
• 主分類號: E21F16/02
• 分類號: E21F16/02
• 代理公司: 武漢開元知識產權代理有限公司 42104
• 代理人: 黃行軍;彭成

本發明公開一種控制礦山法隧道二次襯砌水壓力的方法，通過以下三種方法之一或幾種組合來控制礦山隧道二次襯砌水壓力：一、通過控制地下水余量q來控制二次襯砌最大水壓力；二、通過調整排水層的總面積A及其滲透系數k來控制二次襯砌水壓力；三、通過改變堵塞段的長度L來控制二次襯砌最大水壓力。本發明通過理論公式推導，得到了礦山法隧道排水盲管堵塞狀態下，考慮地下水沿著襯砌背后排水層縱向流動引起水壓力的重分布之后的二次襯砌背后水壓力計算方法，然后根據襯砌背后水壓力分布規律，提出了控制二次襯砌最大水壓力的三種方法。

技術領域

本發明屬于隧道工程技術領域，涉及一種通過調整隧道襯砌背后排水層參 數、設置泄壓環等方式控制作用于隧道二次襯砌上的最大水壓力的方法。

背景技術

目前采用礦山法修建的隧道工程一般采用排水型襯砌或限制排放型襯砌， 即二次襯砌背后沿著隧道縱向一定距離設置一道環向排水盲管(或排水板)，并 在防水板背后鋪設土工布，通過上述措施，將襯砌背后的圍巖滲水引入到環、 縱向盲管，然后再排入隧道內的水溝，防排水系統如圖1及圖2所示。如果襯 砌背后的圍巖滲水可完全及時排出，則二次襯砌可按照不承受水壓力作用進行 結構設計，如果襯砌背后積水按照限量排放設計，或由于排水盲管堵塞造成積 水不能全部及時排出，則襯砌背后會存在一定的水壓，相應的襯砌結構設計時 需考慮按照全部水頭或按全部水頭折減后的部分水壓力的作用。發表于《現代 隧道技術》2003年第3期的“再談隧道襯砌水壓力”以及《北京交通大學學報》 2004年第1期的“計算隧道排水量及襯砌外水壓力的一種簡化方法”等文獻基 于簡化模型提出了隧道內排水量Q和噴射砼外水壓力P的計算方法，推導出了 在二次襯砌外表面無水壓力時，隧道內排水量和噴射混凝土外表面水壓力的計 算公式；根據同樣原按照理也可推導出二次襯砌外表面存在一定水壓力時水壓 力時，隧道內排水量和噴射混凝土外表面水壓力的計算公式。

但是上述研究成果以及目前實際工程應用中均是按照橫斷面方向的平面模 型進行計算，未考慮隧道防排水系統的空間效應，例如當隧道環向排水系統僅 某一段完全堵塞或部分堵塞時，由于地下水可以沿二次襯砌與噴射砼之間的排 水層(常用土工布)縱向流動，因而堵塞段實際的水壓力會減小，而相鄰的無 堵塞段的水壓力要大于0，如圖3所示。假如按照目前常用的平面計算方法，即 使隧道僅在局部一小段排水盲管完全堵塞，二次襯砌背后水壓力值都很大，如 果以此作為設計依據將造成不必要的浪費。

另外，按照既有設計理論，當堵塞段存在多種圍巖和支護結構時，不同地 段均按照平面模型計算，則會得出不同的水壓力折減系數，出現沿著隧道縱向 在地層變化分界斷面出現水壓力突變現象，而實際上排水層在縱向是貫通的， 地下水必然從水壓力高的地段往水壓力低的地段流動，導致水壓力重分布。

上述兩種現象說明，既有計算理論及設計方法沒有考慮隧道防排水系統的縱向效應(或空間效應)，這可能導致二次襯砌背后水壓力取值偏小或偏大而給結構 留下安全隱患或增加不必要的投資。

發明內容

針對背景技術存在的問題，根據水在有空隙介質中滲流的基本原理，本發 明的目的在于考慮隧道防排水系統的空間效應，研究得到隧道排水系統堵塞時， 二次襯砌背后水壓力沿著隧道縱向的分布規律，并表達出沿著隧道縱向襯砌背 后水壓力分布與基巖滲水量、襯砌背后排水層面積、滲透系數之間的函數關系， 通過調整防排水系統設計參數、設置泄壓環等措施，可以調整隧道二次襯砌背 后水壓力，并根據實際工程需要控制二次襯砌水壓的最大值，為隧道結構設計 提供理論依據，避免隧道二次襯砌結構設計出現過于保守或不安全的現象。

為達到上述目的，本發明提供的控制礦山法隧道二次襯砌水壓力的方法， 其特征在于，