高水位富水区深埋隧道排水孔布置探讨

摘要

高水位富水区深埋隧道在建设和运行过程中面临的主要问题为高外水压力和涌、突水。为了确保隧道施工和运行安全，并满足隧道周围环境允许的渗透排水量，通常采用“堵水限排”的防排水设计理念，但由于围岩破裂情况和注浆封堵施工质量的不确定性，衬砌背后无疑将承受过大的外水压力，从而威胁衬砌结构的安全。因此，高水位富水区隧道必须采取有效的排水措施以减小衬砌外表面的高外水压力，确保衬砌结构安全稳定。
　　排水孔由于其自身的“空心”结构成为岩体中具有强渗透性能的导水结构，在渗流场中直接将地下水排至渗流域以外，对水头分布的影响极大，是实际工程中，特别是地下洞室中极为重要的渗控措施之一。
　　本文针对高水位富水区深埋隧道排水孔，将排水孔三维非稳定渗流问题简化为一元流问题，采用地下水动力学理论推导了排水孔单孔降深和流量公式，并分别以定降深和定流量为控制条件，结合工程实例，分析了排水孔对渗流场的影响规律。通过研究不同间距下的排水孔群的排水降压效果，提出了符合工程不同降水时间要求的布孔间距。
　　本文主要研究内容有以下几点:
　　(1)通过分析排水孔排水降压原理，将排水孔三维非稳定渗流简化为一元流问题，并建立渗流数学模型，推导出以定降深为控制条件下的排水孔单孔渗流地下水水位降深和流量公式。
　　(2)分别以定降深和定流量为控制条件，结合工程实例进行计算，分析不同条件下的排水孔顶部水位降深、影响半径、流量等随时间的变化规律。
　　(3)以定降深为控制条件，采用叠加原理对隧道纵向排列孔群的排水降压效果进行计算，结果表明，纵向排水孔群间距对渗流场水位降深影响显著，规范中规定的排水孔间距是合理的，可根据不同的施工工期要求通过计算选择最佳的间距进行直列排水孔群布置。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 研究现状

1．2．1 衬砌外水压力的计算

1．2．2 水工无压隧洞排水孔布置研究

1．2．3 铁路隧道排水孔布置研究

1．2．4 公路隧道排水孔布置研究

1．2．5 排水孔的布置设计方法研究

1．3 研究内容

第二章 渗流基本理论

2．1 地下水概念

2．2 渗流基本概念

2．3 渗流基本理论

2．4 渗流分析方法

2．5 对地下水潜水完整井流理论的分析

2．6 对基坑井点降水方法的分析

2．7 本章小结

第三章 隧道排水孔单孔渗流研究

3．1 排水孔渗流分析基本假定

3．2 单孔降深、流量公式推导

3．3 实例分析

3．3．1 排水孔的环保流量

3．3．2 降深控制条件下排水孔渗流分析

3．3．3 流量控制条件下排水孔渗流分析

3．3．4 含水层渗透系数K、给水度μ对排水孔渗流的影响

3．4 小结

第四章 排水孔群布置间距探讨

4．1 干扰排水孔群

4．2 叠加原理

4．2．1 不同间距对干扰孔群减压效果研究

4．2．2 控制点水位降深计算

4．3 排水孔群布置间距

4．3．1 不同η条件下排水孔群布置间距

4．4 结果分析

4．5 本章小结

第五章 结论及展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢

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