隧道虹吸排水方法及其在渗漏病害处置中的应用

摘要

渗漏水是隧道运营和养护中常见的工程病害。渗漏水对隧道危害是多方面的，不仅侵蚀衬砌，老化设备，而且恶化行车环境，影响交通安全。常用的公路隧道防排水措施存在防水层施工质量差、排水管易淤堵等问题。隧道虹吸排水方法是一种主动式的排水方式，具有免动力、持续排水的优点，为隧道渗漏病害处置提供了新的思路和方法。
　　本文依托典型隧道渗漏水病害处置工程，通过隧道现场检测数据分析、室内试验、数值模拟和理论分析等手段，围绕隧道虹吸排水方法，开展了相关研究:
　　(1)依据虹吸原理，提出一种新型的隧道虹吸排水方法，探讨了隧道虹吸排水系统的设计参数和构造，为实际工程的渗漏水病害处理提供参考;
　　(2)研发了一套隧道虹吸排水渗流状态模拟试验装置，并开展了室内物理模型试验，分析了虹吸排水作用对隧道围岩地下水的影响，研究了不同入渗补给条件下，地下水的汇集方式和虹吸排水的效果。结果表明:虹吸排水系统对隧道地下水位的分布影响较大;降雨强度是影响虹吸排水流量的重要因素;围岩渗透系数与虹吸管径亦是影响隧道地下水位分布与虹吸排水效果的重要因素，围岩渗透系数与虹吸管径越大，虹吸排水效果越好;
　　(3)采用数值模拟方法探讨了围岩渗透系数与虹吸管径对隧道地下水位分布影响规律。针对多组试验工况建立数值计算模型，通过与物理模型试验的结果进行对比，验证物理模型试验结果的合理性。数值模拟结果表明围岩渗透系数与虹吸管径均是影响隧道地下水位的重要因素且物理模型试验结果具有较好的合理性;
　　(4)采用室内虹吸试验方法，结合理论分析，探讨了虹吸流量与虹吸参数之间的关系。表明低虹吸扬程对虹吸流量几乎无影响;虹吸流量与虹吸管长呈负相关关系，与水头差及虹吸管径呈正相关关系。自由出流管道水力学理论公式在低扬程虹吸流量计算中具有较好的准确性;
　　(5)采用地质雷达对大盘山隧道进行渗漏水检测，分析了隧道渗漏水情况。建设大盘山隧道虹吸排水示范工程，通过虹吸排水现场试验结合后期监测工作，验证了虹吸排水技术在隧道渗漏病害处置工程中的适用性和有效性。对于大盘山隧道这样渗漏水病害较为严重的富水区隧道，虹吸排水技术能够有效地降低并控制隧道围岩的地下水位，能有效减轻隧道渗漏病害程度。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及研究意义

1．2 国内外研究现状

1．3 研究内容及技术路线

1．4 本文创新点

2 隧道虹吸排水方法

2．1 虹吸现象及原理

2．2 虹吸排水技术研究现状

2．3 隧道虹吸排水原理

2．4 隧道虹吸排水系统构造

2．5 本章小节

3 富水隧道虹吸排水方法模型试验研究

3．1 模型试验装置

3．2 试验材料制备

3．3 模型试验步骤

3．4 试验结果分析

3．5 本章小节

4 隧道虹吸排水方法数值模拟研究

4．1 计算模型的建立

4．2 模型参数及边界条件

4．3 试验与模拟结果对比分析

4．4 本章小节

5 低扬程隧道虹吸排水能力研究

5．1 虹吸试验装置

5．2 扬程对虹吸流量的影响

5．3 管长、水头差和管径对虹吸流量的影响

5．4 本章小节

6 隧道虹吸排水方法应用示范与效果监测

6．1 大盘山隧道概况

6．2 基于地质雷达的隧道渗漏水检测

6．3 大盘山隧道虹吸排水示范工程概况

6．4 监测方案与仪器安装

6．5 虹吸排水效果评价

6．6 监测结果分析

6．7 本章小节

7 结论与展望

7．1 主要研究结论

7．2 进一步研究的建议

参考文献

作者简历