基于山岭隧道探孔流量的富水破碎构造带水头预测方法

摘要：

山岭隧道施工期穿越富水破碎构造带存在突水涌泥等施工风险,且运营期承担的外水压力与水头高度密切相关,确定富水破碎构造带的水头高度对保障山岭隧道安全具有重要意义.为预测山岭隧道开挖面前方富水破碎构造带内的水头高度,基于伯努利方程得到探孔出水流量与开挖面前方水头高度的简化理论关系式.针对富水破碎构造带高水头情况,进行超前探孔-围岩轴对称稳态渗流数值模拟,利用所得数据采用最小二乘法优化得到拟合关系式,进行参数分析及对比计算,并通过轴对称瞬态渗流数值模拟分析稳态时间及参数影响.计算分析表明:(1)探孔稳态或瞬态出水流量均与开挖面前方水头高度之间呈线性正比例关系,比例系数随探孔有效长度和围岩渗透系数的增大而减小;(2)当围岩渗透系数大于10-4 m/s时,探孔内的水流出现2段不同的横向渗流情况,一段是在远端一定长度内的渗漏,另一段是在近端一定长度内的补给;(3)围岩渗透系数小于10-4 m/s时,探孔出水流量与前方水头高度无关;(4)探孔-围岩渗流稳态时间与前方水头高度无关,但随围岩渗透系数的增大呈现先增大、后减小的趋势.

关键词：山岭隧道、富水破碎构造带、水头预测、超前钻孔、理论分析、数值模拟、曲线拟合近似、伯努利方程

所属期刊栏目：65

分类号：U452.1+1;U453.61(隧道工程)

资助基金：中国中铁股份公司科技研究开发计划重点课题;中铁工程设计咨询集团有限公司科研课题

在线出版日期：2021-05-26（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共7页

页码：118-123,133