富水岩溶隧道级围岩段涌水及注浆加固圈
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企业技术开发2013年1月富水岩溶隧道IV 级围岩段涌水及注浆加固圈研究
周渊韬
(中铁十七局,山西太原030000)
收稿日期:2012-11-13
作者简介:
周渊韬(1982—),男,江西高安人,大学本科,工程师,主要从事土木工程施工技术工作。
摘
要:隧道涌水量预测是确保安全施工的重要环节。文章以某隧道IV 级围岩段为例,展开了富水岩隧道IV 级围岩段
涌水预测及注浆加固圈研究。
关键词:涌水量;预测;IV 级围岩段;加固圈;技术支持中图分类号:TU753
文献标识码:A
文章编号:1006-8937(2013)01-0004-02
Research on the IV degree rockmass section of water gushing
and groutingreinforcement loop in rich a water tunnel
ZHOUYuan-tao
(The17thBureauofChinaRailway,Taiyuan,Shanxi030000,China)
Abstract:Waterflowforecastisanimportantstageforconstruction.ThepapertakesonetunnelIVdegreerockmasssectionasanexam-ple,LaunchedIVdegreerockmasssectionoftunnelwatergushingpredictionandgroutingreinforcementloopresearch.Keywords :waterfloe;forecast;IVdegreerockmass;reinforcementloop;technicalsupport
1隧道工程概况
某隧道在隧道开挖过程中经常碰到岩溶涌水现象,
隧道围岩以白云质灰岩为主,围岩破碎且富含水,岩溶发育很好。某隧道全长1170m ,其中V 级围岩有100m ,IV 级围岩有400m ,III 级围岩为670m ,为两车道分离式隧道,开挖方法为上下台阶法。本文重点探讨IV 级围岩段K25+620~K25+640段的隧道涌水量、最小注浆圈厚度等内容。
2
涌水量常规预测方法
2.1
经验公式法经验公式为:
Q S =L ×K ×H (0.676-0.06K )
(1)
式中:
Q S 为隧道通过涌水地段的正常涌水量,m 3
/d ,K 为隧道围岩渗透系数,m/d ;L 隧道涌水段的计算长度,m ;H 为水头至隧道横断面等价圆中心的距离,m 。主要采用实际工程抽水、压水等实验资料来确定经验公式中的水文地质参数。2.2
地下水动力法
古德曼公式为:
Q 0=L 2πKH ln 4H (2)
式中:d 为隧道横断面等价圆的直径,m ;Q 0为隧道通
过涌水地段的最大涌水量,m 3/d ;K 、L 、H 的含义与公式(1)一样。
经验公式为:
Q 0=L (0.0255+1.9224×H ×K )(3)
2.3
简易水均衡法
在确定研究范围内的大气降水量和计算范围内的地表补给面积,简易水均衡法计算的是平均涌水量,是考虑大气降水的全部或部分涌入隧道,其计算公式为:
Q cp =(1000·F ·a ·R )/365
(4)
式中:Q cp 为隧道平均涌水量,m 3/d ;F 为计算范围内的地表补给面积,km 2;R 为在一定范围内的大气降水量,mm ;可以通过当地的气象局确定,α为大气降水入渗系数。2.4
裘布依理论公式裘布依理论公式为:Q S =LK H 2
-h
2
R-r
(5)
式中:R 为隧道涌水地段的引用补给半径,m ;h 为隧道内排水沟假设水深,m ;r 为隧道洞身横断面等价圆的半径,m ,Q S 、K 、L 、H 的含义与公式(1)一样。2.5
数值模拟预测
数值模拟在地下水离散模型模拟等方面具有无法代替的地方。本文借助FLAC3D 对某隧道渗流场进行研究分析,对某隧道涌水量进行预测,同时对IV 级围岩最小注浆加固圈进行研究。
3
Ⅳ级围岩段数值计算分析
3.1
计算说明
企业技术开发TECHNOLOGICAL DEVELOPMENT OF ENTERPRISE
第32卷第1期Vol.32No.1
2013年1月
Jan.2013
第32卷第1期表2各方法计算出的涌水量结果对比表
水均古德曼经验裘布依
数值模实际涌名称衡法公式公式
公式拟法水量(Q S )m 3/d m 3
/d (Q 0)m 3/d m 3/d m 3/d m 3/d 某隧道
K25+620~240
1620
952
285
270
274
K25+640
采用FLAC3D 数值计算软件进行计算,隧道开挖方法为上下台阶法。隧道断面如图1所示,将模型尺寸取为60m ×60m ×20m (高×宽×长),计算模型如图2所示,位移边界条件为左右面固定、
前后面固定、底面固定。V 级围岩初始渗透系数取8×10-10,m/Pa ·s ,IV 级围岩初始渗透系数取8×10-11,m/Pa ·s ,水位高度为30m ;注浆区域采用III 级围岩来模拟,具体围岩参数见表1。鉴于水质具有弱腐蚀性,计算过程中不考虑水化学作用。
图1
某隧道断面图
图2
计算模型图表1围岩参数表
围岩级别特性参数
Ⅲ级围岩bulk=6.7GPa ,shear=11.1GPa ,friction=45°,(注浆区域)cohesion=1.2MPa ,tension=2.1MPa ,γ=2400kg/m 3
bulk=2GPa ,shear=2.1GPa ,friction=30°,
cohesion=0.6MPa ,tension=1.1MPa ,γ=2200kg/m 3
bulk=0.71GPa ,shear=0.33GPa ,friction=25°,
cohesion=0.2MPa ,tension=0.1MPa ,γ=2000kg/m 3
Ⅳ级围岩
Ⅴ级围岩
3.2Ⅳ级围岩段流固耦合数值计算结果分析3.2.1
Ⅳ级围岩段涌水量分析
探讨了IV 级围岩段K25+620~K25+640段的隧道涌水
量,计算方法和前面一样,涌水量矢量图,如图3所示。
根据不同时步的涌水量,得出平均涌水量为Q=11.25m 3/h ,约270m 3/h 。理论计算结果与数值计算结果对比分析见表2。
用简易水均衡法对某隧道IV 级围岩K25+620~K25+640段涌水量进行计算,本段围岩入渗系数取0.1;大气降雨量取1130mm ,计算得出涌水量为Q cp =240m 3/d 。
3.2.2Ⅳ级围岩最小注浆加固圈分析
为了研究IV 级围岩下最小注浆加固圈的厚度,以控制流量Q=2.5m 3/m ·d 为标准,当注浆后的渗流量不超过控制渗流量时,则认为该渗流量下的注浆圈为IV 级围岩中最小注浆加固圈。
在IV 级围岩中,当隧道岩体注浆加固圈的厚度为1m 、2m 、3m 、4m 时,分别计算出岩体的涌水量,并得出涌水矢量图,如图4所示。
图4Ⅳ级围岩注浆加固的涌水矢量图
(c )注浆加固圈为3m
(d )注浆加固圈为4m
(a )注浆加固圈为1m (b )注浆加固圈为2m
从图4可以得出涌水量随着注浆范围图3涌水量矢量图
(b )Step=100,Q=15m 3/h
(d )Step=10000,Q=2m 3/h
(a )Step=10,Q=22m 3/h
(c )Step=1000,Q=6m 3/h (下转第8页)
周渊韬:富水岩溶隧道IV级围岩段涌水及注浆加固圈研究
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