对排水型隧道衬砌承受渗流水压问题的一些探讨

关问题还有不少争论， 比如： 渗流水压的主要影响因 素有哪些？ 可以从哪些途径入手去降低作用在隧道衬 砌上的渗流水压？ 是否施作了排水设施的隧道二衬就 一定不会受到水压力的作用？ 注浆圈对减轻排水型隧 道衬砌所受渗流水压的作用又是如何？ 笔者根据隧道渗漏试验模型部分试验结果， 结合 理论分析并联系工程实际， 对以上问题进行了一些初 步的讨论� 1 隧道渗漏试验模型简介 该隧道渗漏试验模型建于西南交通大学峨嵋校 区内 （图 1 ） ， 对隧道工程环境下的地下水渗漏情况进 行了模拟， 可以进行隧道防水材料与技术的相关试验 测试， 是一个综合试验平台� 此处仅对该隧道试验模
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型的大致设计情况进行简介， 其他具体内容可参见文 献隧道与外部水的关系来看， 目前比较一致的观 点是将隧道分为防水型隧道和排水型隧道两大类， 并 且认为两者的主要区别是前者的衬砌承受水压的作 用， 而后者的衬砌不承受水压， 从而在隧道结构的设 计上就有不同的考虑
工程技术研究
对排水型隧道衬砌承受渗流水压 问题的一些探讨
蒋雅君 1， 杨其新 1， 刘东民
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（1. 西南交通大学土木工程学院隧道与地下工程系， 四川 成都
6 100 31；
2. 西南交通大学峨嵋校区土木工程系， 四川 峨眉山市 6 14202 ）
摘要：结合隧道渗漏试 验结果与地下水渗流 过程中能量关系 的分析， 对影响地下水渗流水压的因 素进行了探讨； 联系工程 实际与渗流过程的能量 关系，提出了降低排 水型隧道衬砌承 受渗流水压的 "分步折减" 的思路� 关键词： 排水型隧道； 衬砌结构； 渗漏试 验； 渗流 量； 渗流 水压； 堵排结合 文章编号： 10 07 -497 （2010 ） -04 -0 030-0 6 中图分类号： 45 ； T 7 61. 1 +1 文献标识码： A / / J : T , Q ,L D
进行简要分析和探讨 � 3 .1 地下水渗流能量方程的建立
渗流量变化的趋势如图 4 所示， 同一区段中的渗流量 � 将位于地下水位面之下的隧道渗流过程用图 随初始水头的增加而增大的变化趋势如图 5 所示 � 进行简化， 假设地下水从水位面上某点 （点 1 ） 沿着路 径 渗流透过隧道衬砌某处 （点 2 ） �
� 表 隧道水环境模型渗漏试验结果
6 # 表处水压 损失率/ % 13 43 28
通过实际通水试验，观察到各区段中都出现了
初始静水压 单位时间总渗流 供水条件 区段 � � � � � � � / 量（ / / ） � 1 7. 3 储 箱
点, 线, 面型式的渗漏， 其中又包括湿渍 , 渗水 , 水珠 , � 水 0. 04 2 11. 滴漏 , 线漏等各种复杂情况， 与现场隧道的渗漏情况 符合较好 � 隧道渗漏试验结果
选取一个固定的位置水头基准面之后， 由流体力
� � 4
学的伯努利方程可知 ， 两点的总水头之间存在一定 的能量关系：
� � � � � � � � � + 1 + 1 + 2+ 2 + � 1 2 � � � 2 � 2 � �
2
2
（1 ）
� � 式 （1 ） 中， 1 , 2 为点 1 和点 2 分别对应于水头基准 � � � 面的高度，两者差值等于 ；1 ,2 为点 1 和点 2处的 � � � � � � � � 水压， 此处 1 0； � 为水的重度， 取 00 / 3 ；1 ,2 � 为点 1 和点 2 处的平均水流速度， 可视渗水的起始流 从表 1 及图 4 , 图 5 中可以得到以下信息： � � � 速 1 0； 为重力加速度； 为水头损失 � � 1 ） 低水头条件下 （水箱供水） ， 各区段中单位时间 3 .2 对单位时间渗流量作用的分析 渗漏量越大， 其水压损失也越多 � 2 ） 高水头条件下 （自来水系统供水 ） ， 各区段的单 位时间渗流量差异对水压损失率的影响不再明显， 但 将一些已知条件代入式 （1 ） ， 并将等式进行变换 可以得到：
3
3
11. 6
� 1 18. 43 2 自 � � 来 0. 6 0 2 1 . 3 5 水 3
� 3 14 . 3 对模型的 3 个区段分别进行了不布设排水层条
� � � � � � 中国建筑防水 � �
工程技术研究
由表 1 中数据可以得出，在 2 种供水条件下， 模 型的 3 个区段中 # 水压表处的水头损失随该区段总
1-2
1. 1
主体基本构造 该渗漏试验模型采用直墙式明洞隧道修建， 主体
结构修建好之后，再覆土保护及修建其他附属设施� 隧道模型的纵断面尺寸及构造如图 2 所示�
� 但目前在工程界对一些相
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工程技术研究
在模型的结构混凝土内预埋由钻孔
水管及
无纺布条所组成的渗水网络， 形成不同的渗水通路， 并在模型内壁表面进行后期处理形成不同的渗水区 域， 对隧道工程环境下的地下水渗流通过衬砌或围岩 后的形态进行了模拟 � 该隧道模型总长 ， 根据需要划分为 3 个不同
件下的渗漏试验， 供水来源分别为储水箱与自来水系 统， 试验过程中记录通水时间及各水压表 , 流量计的 读数， 以获取渗流水压, 区段单位时间渗漏量等数值� 2. 1 初始静水头标定 对 2 种供水条件下的初始静水头进行了测定 �
1 ） 采用水箱供水时， 水箱满载储水时水面距最低 的区段， 布置了不同型式的渗漏通道， 形成了具有不 � � 安装位置水压表 （6 水压表 ） 的相对高度为 4 . 3 ， 因 同渗透特性的 3 个独立区段� � � � 此， 按照静水压计算公式 � 可以得出该水压表处 1. 2 渗漏水源及量测装置 � � � 在无渗漏状态下的最大静水压约为 0 . 04 � 模型的渗水来源有 2 种途径， 可以使用模型顶部 2） 采用自来水系统供水时， 当地自来水水压在无 的储水箱供水，也可使用当地的自来水系统供水， 可 渗漏情况下，相对于 6 # 水压表同一水平高度处的静 以根据试验需要在两者之间进行切换， 以模拟不同水 � � � � 止水压为 0. 6 0 （约 6 0 高静水头压力 ） � 头地下水条件下的隧道渗漏情况� 2. 2 渗漏试验结果及分析 在各区段顶部的渗水管入口处各接了一个流量 依次开启模型各区段的进水阀门， 测试在 2 种供 计， 测读各区段渗漏过程中不同时间段内的入水量 � 水条件下各模型区段在一定时间内的总渗流量, 各水 在模型各区段渗流网络的不同高度处接出水压 压表读数变化的情况 �对原始数据进行整理， 可得到 表，以测量渗流过程中该区段不同高度处的水压值� 如表 1 所示的结果� 水压表的布置如图 3 所示 � 每个区段各布设水压表 6 个， 3 个区段总计 18 个 � 1. 3 渗漏效果检验