[發明專利]一種限量排水方法及其優化隧道注漿圈厚度的方法

有效

• 申請號: 202010516039.4
• 申請日: 2020-06-09
• 公開（公告）號: CN111577385B
• 公開（公告）日: 2022-02-11
• 發明（設計）人: 何本國;李紅普;馮夏庭;李輝;張羽;劉恩榕
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: E21F16/02
• 分類號: E21F16/02;G06F30/13;G06F30/20;G06F119/14;G06F111/10
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 李在川

本發明公開一種限量排水方法及其優化隧道注漿圈厚度的方法，屬于地下工程防排水技術領域，其中限量排水方法通過在隧道的橫向排水盲管出水口處安裝水壓調節閥，以控制作用在隧道二次襯砌上的外部水壓，充分發揮襯砌一定的承載能力，從而盡可能的減少注漿圈的厚度和地下水的排放，保護地下水環境。利用該限量排水方法優化隧道注漿圈厚度的方法，通過完整的理論分析，計算支護系統各組件所承受的水壓、流速和排水量，從而優化設計參數，大大減小注漿圈的厚度，降低注漿成本、提高施工速度。

技術領域

本發明涉及地下工程防排水技術領域，尤其涉及一種限量排水方法及其優化隧道注漿圈厚度的方法。

背景技術

排水系統在隧道支護體系中起著主導作用，好的排水系統可以減少外部地下水作用在隧道襯砌上的壓力大小。然而，對于依賴地下水生態系統的干旱或半干旱地區而言，由于隧道開挖而導致地下水的過量排出，會對該地區的水文地質環境造成一定的負面影響，甚至會導致地下水環境的破壞與地表植被缺少死亡。

目前的隧道排水系統設計，當地下水位到隧道頂的液壓頭小于50m時，常采用全封堵技術，使隧道成為完全封閉的防水系統。這種方法通常用于淺層隧道開挖中，例如市區的地鐵隧道。在這種情況下，不需要從隧道中排出地下水，因為通常情況下鋼筋混凝土襯砌可以承受50m的靜水壓力。但是對于靜態水頭高度大于50m的山區，全封堵技術難以實施，過高的外部水壓導致襯砌開裂。隧道襯砌一旦開裂，其維修費用非常昂貴。因此，需要安裝排水系統以防止在隧道襯砌上積水。工程中常采用在初期支護背后鋪設環向、縱向排水盲管、土工布和EVA防水板的施工方法來收集地下水，然后橫向排水盲管通過中央排水溝將地下水排出隧道外。如圖1是隧道防排水系統橫剖面圖，圖2是隧道排水管布置圖。

在隧道的防排水系統設計中，流入隧道中的水量主要取決于注漿圈的厚度和滲透率。但是，正如已經提到的，過多的水流入隧道會對地下水環境產生災難性的影響，特別是在缺水地區。為了減小隧道開挖對地下水環境的影響，現階段在隧道設計中主要是通過增加注漿圈的厚度來解決這個問題。目前的隧道施工設計認為橫向排水盲管出水口處的水壓為零，注漿圈的滲透率主要由注漿材料決定一般為定值，常采用增加注漿圈厚度的方法來減少地下水的涌入。增加注漿圈厚度雖然在一定程度上能夠減少流入隧道內的水量，但這種做法會造成注漿成本過高，降低施工速度。

此外，現有的理論分析方法均假定外部的水能夠滲透到隧道襯砌內部中。但是，實際上，由于使用了EVA防水板，外部的水無法直接通過二次襯砌滲入隧道。而是由排水管引導水通過隧道襯砌流入隧道，而不是滲透襯砌。因此，需要一種新的更符合工程實際的理論分析方法。

發明內容

針對上述現有技術的不足，本發明提供一種限量排水方法及其優化隧道注漿圈厚度的方法。

為解決上述技術問題，本發明所采取的技術方案是：一種限量排水方法，包括如下步驟：

S1：在隧道的橫向排水盲管出水口處安裝水壓調節閥，以控制橫向排水管出水口處的水壓P₁，即作用在隧道二次襯砌上的外部、初期支護內邊界處水壓P₁；

S2：根據隧道二次襯砌外圍，即初級支護內側的承載能力，采用水壓調節閥調節P₁，使P₁在初期支護內側承載能力的范圍內，盡可能地減少隧道涌水量。

本發明還提出：利用上述限量排水方法優化隧道注漿圈厚度的方法，包括如下步驟：

步驟1：假設各圍巖是均質且各向同性的，均勻的水壓作用在圍巖的外邊界上，在穩態的條件下，推導初期支護區域、注漿圈區域和圍巖含水層區域的孔隙水壓力變化的表達式；

步驟1.1：在穩態的條件下，滲透壓P_w的相容方程為：

△²P_w＝0. (1)在隧道軸線方向為z軸方向的柱坐標系下，其表達形式為：