无压水工隧洞设计如何考虑隧洞的外水压力

无压水工隧洞设计如何考虑隧洞的外水压力

作者：陈华松单位：云南省水利水电勘测设计研究院邮编：650021

摘要

云南水工无压隧洞基本上都位于地下水位以下，水工无压隧洞外水压力问题特别突出，水利版《水工隧洞设计规范》中采用水压力折减系数的方法计算外水压力，然在实际设计过程中，折减系数要根据洞壁的渗水量和围岩情况取值，而这种设计状况只有在隧洞开挖完成后，选取的折减系数才比较可靠。而施工前的隧洞设计，对选取合适的折减系数成为工程设计人员面临的难题。

本文在云南省水电勘测设计研究院的隧洞设计项目中，对具有代表性的水工隧洞的地质水文情况进行研究，试图通过统计隧洞穿越几种有代表性的洞段时的岩壁渗水情况，来指导隧洞外水压力折减系数的选取。并提出隧洞设计的建议。

关键词：水工无压隧洞；外水压力；折减系数；强风化底界；断层；环境；结构配筋

Hydraulic free-flow tunnel design how to consider the external water pressure

The author:Chen Huasong

Work unit: Water conservancy and hydropower survey design institute in yunnan province Zip cord:650021

Summary

The Free-flow tunnel in Yunnan province is below the underground water level under normal conditions,and hydraulic free-flow tunnel problem is especially prominent the external water pressure, water conservancy version specification for design of hydraulic tunnel water pressure reduction factor method is adopted in the external water pressure calculation, but in the actual design process, the reduction factor according to the width of the leakage of water value and surrounding rock conditions, the design status only in the tunnel excavation is completed, selecting the reduction factor is more reliable. And before construction of the tunnel design, selection of appropriate reduction factor into the challenges faced by the engineering designers.

Tunnel of hydropower survey design institute in yunnan province is presented in this paper, geological and hydrological condition of the typical hydraulic tunnel are studied, through statistics of several representative hole section of tunnel through the rock seepage situation, to guide the selection of external water pressure reduction factor. And put forward Suggestions for tunnel design.

Key words: hydraulic free-flow tunnel; the external water pressure; Reduction factor; Strongly weathered bottom; Fault; The environment; Structure reinforcement

1无压水工隧洞的外水压力问题

云南省水工隧洞基本上都位于地下水位以下，水工无压隧洞外水压力问题特别突出，由于隧洞工程地质情况复杂，围岩情况及工程水文地质情况有很大的不确定性。随着云南省内包括铁路、公路、输水渠道的隧洞的建设，使得隧洞工程区地下水位下降，造成沿线周边居民无水可用，生态破坏，水土流失，土地荒漠化等问题逐渐凸显。对于生态环境脆弱的地区，施工期排水就足以造成致命性的破坏，更何况传统的以排为主降低外水压力的隧洞设计方式，长期汲取地下水，在运行期地下水位也得不到恢复，对生态环境造成不可逆转的永久性破坏。“有声的居民在索赔，无声的生命哭泣并渐渐死去”。采用传统的设置排水管降低外水压力的方法面临严峻挑战，因此改变以排为主的传统设计理念，采用以堵为主的设计模式，值得探讨和研究。如何对隧洞外水压力进行分析和计算是设计人员遇到的难题。同时正确合理地进行外水压力计算和隧洞设计，对隧洞工程有极大的工程意义。

1.1规范中规定的计算方法[1]

在无压隧洞设计过程中，隧洞的外水压力的选取，对隧洞混凝土衬砌结构的设计，及配筋计算有重大影响，如外水压力选取过大，造成混凝土衬砌结构厚度，配筋增大，造成很大浪费。然而隧洞外水压力作用一般也很难准确确定。根据围岩的渗透系数、岩层结构、地质构造、渗流类型、补给水源等条件，通过渗流计算来确定作用在衬砌上的外水压力可能比较准确。但是由于计算工作量较大，计算参数确定的难度，这种计算对重要工程或重要洞段是必要的，所有水工隧洞就不现实。在《水工隧洞设计规范（SL 279-2002）》中，对外水压力的计算采用外水压力折减系数的方法，折减系数根据地下水活动状态和地下水对围岩稳定的影响取值，即根据洞壁的渗水量的多少强弱和围岩情况，选取外水压力折减系数。用这种方法在隧洞开挖完成后，根据实际情况选取的外水压力折减系数比较可靠。