雪峰山隧道局部涌水模型探讨.doc

雪峰山隧道局部涌水模型探讨摘要：基于雪峰山隧道的施工后，对地下水实时监测；并分析了雪峰山隧道涌水的基本情况,推导出三棱柱涌水模型，并加以验证，说明该模型的实用价值。 关键词: 隧道地下水 三棱柱涌水模型 应用DISCUSSING ON THE PART INFLOWING MODEL OF XUEFENG MOUNTAIN TUNNELHuang dongliang1 Liu wenjiang1 Wu xiangbing1 Wang yuefei2(1Department of geology and environmental engineer, Center South University, Changsha Hunan, China 4100832Hunan Provincial Communications Planning Survey & Design Institute, Changsha Hunan, China 410008) Abstract: On the basis of constructing of Xuefeng mountain, by watching and measuring groundwater in the construction on time. And analyzing basal conditions, and concludes the inflowing model of triangular prism and, in order to demonstrate its applied values .Keyword: tunnel groundwater the inflowing model of triangular prism applications雪峰山隧道掘进过程中,遇到许多不良的地质条件,如断层、褶曲等，在富水地区，往往形成地下水丰富的蓄水构造，在水-岩相互作用下，常常出现突水，涌泥的情况。从分段观测的隧道涌水最终结果,一般在于两种：一是逐渐衰减,全部疏干,最终断流；一是逐渐衰减,部分疏干,最终达到稳定,并形成以多个涌水点为顶点的降落漏斗。隧道涌水量由静储量和动储量两部分组成1,但造成突水，涌泥的情况主要是由静储量为主,而且过水断面全部由水流或夹带泥沙组成,用水力学2方法推导出水流三棱柱模型作为涌水计算公式的补充。1三棱柱涌水模型推导一般蓄水构造由两侧隔水层和破碎岩体组成,由于形成的原因不同,可然导致次级结构面延伸情况不同, 隧道开挖直接影响到含水围岩的稳定性,造成隧道的涌水突水。如在断层带上或临近断层带上,由于剪切变形的发生和裂隙的扩展,地下水不断地沿裂隙渗入,产生相应的动水压力、静水压力和劈裂作用,加剧了断层带的变形和地下水的进一步运动,一旦破裂带的扩展使地下水的渗流速度达到或超过某些细小颗粒发生管涌的临界流速时,处于液限的泥质 图1三棱柱涌水模型物将发生机械潜蚀,从而隧道涌水从多个孔洞和裂隙涌出。据水力学知识,在薄壁自由式小孔口出流的整个非恒定过程中,某一微小时段的水流仍可当作恒定流来看待。设三棱柱影响宽度为, 蓄水构造宽度为,水头高度，某一时刻孔口水头为,时影响宽度（见图1），则在微小时段内,从孔口中流出的水总的体积为： 式1在同一时段内,三棱柱疏干体内的水头降低了,根据连续性原理,有： = 式2根据相似体比例关系，有： 式3 则有： 式4对该式积分可得出如下水头从任意值降到所需要的时间： = 式5 据式3可得： = 式6 = 式7当时,即为三棱柱疏干体从某一水头起放空(疏干)所需的时间： 式8上述公式中：孔口出流时某一时刻的流量 某一实测过程开始时孔口的流量某一实测过程终止时孔口的流量某一实测过程开始时柱型疏干体含水的体积某一实测过程终止时柱型疏干体含水的体积某一实测过程开始时的孔口水头某一实测过程终止时的孔口水头孔口流量系数 孔口断面面2实例分析2004年4月雪峰山隧道开工,15标段隧道进口正洞已施工约1700m,在施工过程中,出现多处涌水点,并对涌水点的涌水量跟踪测量,掌握了大量数据,表明各点涌水量的一般是先升后降，至疏干，或至稳定流的规律。隧道通过多处小型断层，如YK96+054处断层的地质特征：产于震旦系江口群长滩组第三段（Zc3）地层中。该断层倾向270285，倾角4550。其宽度5m。断层带以压碎岩为主，原岩为硅化砂质板岩，被压碎成片状、角砾状、粉末状，并且风化强烈,岩体呈石夹土或土夹石状。地下水表现为基岩裂隙水，在掘进过程中，出现多处涌水点。该段涌水量随日期，进度绘制成下图（图2）。从图2可看出,离断层越近,涌水量越大,在穿越断层时,达到最大值,然后开始为一衰减时段。选用6，8号点时段，根据式6计算8号点终止时的储水量：9月10日 12 1416 18 20 22 24 26 28 30YK96+044 46 48 50 5254 56 58 60 62 64 图2涌水量随日期，进度变化图 =2.8 m3根据式4-7计算8号点终止时的储水量：=81.36 m3 根据式4-6进行变换,求出4,5号点的涌水量：=10.6 L/min同理可得4号点涌水量: =11.63 L/min计算结果与实测结果比较：4号点涌水量为11.2L/min,5号点涌水量10.1L/min。相对误差分别为3.8%,4.7%。3 结论从三棱柱模型公式可以看出,不含有含水介质及孔口(炮眼、裂缝)的任何参数,如渗透系数、含水层厚度、孔口流量系数、孔口宽度或直径、孔口的多少等,模型计算方便。主要可以应用于两个方面：一个方面，测流工作因多方面原因，滞后于含水岩体刚被揭露时一定的时间。另外,对于缓慢衰减的涌水点,也不可能完全追踪到底。也就是说,手中所掌握的资料绝大部分不包括含水岩体刚被揭露时的最初涌水量。另一方面，模型反算，随着涌水量的增加，可推测将来的最大涌水量，并可大致推测断层、褶曲等含水体的距离，以便采取相应的预备措施，所以，三棱柱模型公式作为一种粗略的估算方法,有一定的实用价值。4 参考文献1 刘高等. 深埋长大隧道涌(突)水条件及影响因素分析J. 天津城市建设学院学报, 2002.9.8(3).160164,168.2 文