CN102808652A - 一种既有岩溶隧道泄水防突与水文地质环境保护方法 - Google Patents

一种既有岩溶隧道泄水防突与水文地质环境保护方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种环境友好型既有岩溶隧道泄水防突技术，该保护方法根据水流在泄水通道闸门上产生的水压力大小和拉动闸门的弹簧系统拉力大小的动态平衡，来控制闸门开闭大小调节水流量，进而实现对作用于闸门水压力的动态调节，包括：第一步为闸门的制作；第二步根据闸门面积和闸门在泄水洞内的动作范围开挖闸门运动所需要的空间；第三步安装闸门门轴和控制闸门开闭的弹簧及闸门外侧的橡胶密封系统。通过在开挖的泄水通道内设置水压力控制系统，利用控制地下水排放量来控制突水危险处的水压力区间范围，水压力处于控制范围时既不会造成隧道所在区域水的超量排放，又不会造成隧道突水危险，在不影响原有水文地质环境的条件下实现对隧道突水的治理。

Description

一种既有岩溶隧道泄水防突与水文地质环境保护方法
技术领域
本发明属于土木工程类，涉及一种既有岩溶隧道泄水防突与水文地质环境保护方法。
背景技术
我国岩溶区分布广泛，面积约占全国面积的1/3，主要分布在西南、中南部。据统计，在西南、中南的17座中长隧道(长度在2～3km)中，有近50％的隧道曾发生过较大规模的岩溶突水、突泥灾害。特别是随着“西部大开发”战略的实施，分布在岩溶区的隧道里程越来越多，运营隧道突水已成为一个亟待解决的问题。目前在岩溶突水与防治研究领域，人们主要致力于隧道施工过程中突水灾害的机理分析和防治方面，对于既有隧道突水灾害的研究开展的工作还较少。既有岩溶隧道防突水的一般治理技术就是采用打开泄水通道，直接排放，但是这样会导致地下水大量排泄，造成地表陷坑、地下水位下降、地表生物量减少，水文地质环境破坏导致生态环境灾难。针对以上现有处治方法存在的不足，提出一种方法既能达到排水泄压的目的，防止在水压力过大时造成突水事故，又不至于造成水的超量排放，防止发生水文地质环境事故，这就显得非常必要了。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够同步实现岩溶隧道突水防治和水文地质环境保护目的的既有岩溶隧道泄水防突方法。
本发明实施例是这样实现的，一种既有岩溶隧道泄水防突与水文地质环境保护方法，该保护方法根据水流在泄水通道闸门上产生的水压力大小和拉动闸门的弹簧系统拉力大小的动态平衡，来控制闸门开闭大小调节水流量，进而实现对作用于闸门水压力的动态调节，包括：
第一步为闸门的制作，该闸门采用钢筋混凝土结构，闸门为长方形，尺寸由泄水洞尺寸决定，且轮廓大于泄水洞过水断面轮廓；
第二步根据闸门面积和闸门在泄水洞内的动作范围开挖闸门运动所需要的空间；
第三步安装闸门门轴和控制闸门开闭的弹簧及闸门外侧的橡胶密封系统，
进一步，根据作用于泄水通道内闸门上水压力的数值来调节闸门开闭和开度大小；当水压力值小于阈值范围的下限时，为了防止水的超量排放，闸门关闭，当水压力大于阈值范围的下限时，说明水压力逐渐增大，此时闸门打开一定程度，控制水压力的增大，当水压力增加越大时，闸门开度越大直至全部打开，控制水压力超过阈值上限；闸门开度的变化实现了泄水通道内水流量的动态调节，从而避免岩溶水的超量排放或者排放量不足。
进一步，所述保护方法需要首先确定突水危险处的突水压力阈值范围，阈值范围包括水压力上限和下限，当突水危险处水压力值增大超过阈值上限时，闸门系统全部打开使水压力值降低，当突水危险处水压力值降低超过阈值下限时，闸门系统全部关闭使水压力值升高，当突水危险处水压力值处于阈值范围时，随水压力的增大或减小，闸门开度减小或增大，从而实现对突水危险处水压力的动态调节。
进一步，具体确定水压力阈值上下限的方法：
(1)水压力阈值下限的确定。根据泄水洞常年监测结果判断，泄水洞常年监测结果的最低水压力作为阈值下限，根据该值确定的泄水洞流量不会造成地下水的超量排放；
(2)水压力阈值上限的确定。根据推导的临界水压力公式得到
式中各参数，其中σ1、σ3为隧道所在处围岩所受的远场地应力作用；β为裂纹长轴方向与垂向应力夹角；pw为岩溶水压力；
Figure BSA00000765407800032
为围岩的内摩擦角；τc为围岩的断裂应力；k为系数，其值处于0～1之间，可由发生突水时的临界水压力与围岩的参数计算得到。
本发明具有如下优点：
1、既有岩溶隧道泄水防突与水文地质环境保护技术虽然也要通过排水减压来达到防突的目的，不同在于该方法引入了环境保护的理念，在对环境的不利影响最小的情况下实现工程目的。
2、作用于泄水洞闸门上的水压力大小反映了突水危险处岩溶水压力的大小。当水压力值超过阈值范围时，闸门系统动作调整泄水通道开闭和开闭大小实现水流量的动态调整，使之保持在一个合理的范围，不致造成因岩溶水的排放不足发生突水或超量排放造成水文地质环境恶化。
3、环境效益好，构造简单，施工简便，应用性强。
附图说明
图1是本发明实施例提供的工程设计简图说明；
图2是本发明实施例提供的裂隙岩体计算模型；
图3是本发明实施例提供的本发明的原理图；
图4是本发明实施例提供的本发明的工程施工简图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供的既有岩溶隧道泄水防突与水文地质环境保护技术是利用开挖的泄水洞空间，在泄水通道内设置闸门系统控制排水量以达到控制突水危险区水压力变化的技术，主要包括闸门的设计、闸门的安装、闸门控制系统的安装。其特征主要是根据水流在泄水通道闸门上产生的水压力大小和拉动闸门的弹簧系统拉力大小的动态平衡，来控制闸门开闭大小调节水流量，进而实现对作用于闸门水压力的动态调节。作用于泄水洞闸门上的水压力大小反映了突水危险处岩溶水压力大小，当泄水洞中的水流量增大时，则作用于闸门上的水压力也增大，说明作用于突水危险处围岩上的水压力也增大，当泄水洞中的水流量减小时，则作用于闸门上的水压力也减小，说明作用于突水危险处围岩上的水压力也减小，通过控制水流量的大小使突水危险处的水压力处于设定范围内，从而达到控制水压力小于临界突水压力和岩溶水的合理排放，实现突水控制和环境保护的双重目的。
在本发明中，根据作用于泄水通道内闸门上水压力的数值来调节闸门开闭和开度大小。当水压力值小于阈值范围的下限时，为了防止水的超量排放，闸门关闭，当水压力大于阈值范围的下限时，说明水压力逐渐增大，此时闸门打开一定程度，控制水压力的增大，当水压力增加越大时，闸门开度越大直至全部打开，控制水压力超过阈值上限。闸门开度的变化实现了泄水通道内水流量的动态调节，从而避免岩溶水的超量排放或者排放量不足，该闸门系统相当于水压力“调节器”的作用。
在本发明中，需要首先确定突水危险处的突水压力阈值范围，阈值范围包括水压力上限和下限，当突水危险处水压力值增大超过阈值上限时，闸门系统全部打开使水压力值降低，当突水危险处水压力值降低超过阈值下限时，闸门系统全部关闭使水压力值升高，当突水危险处水压力值处于阈值范围时，随水压力的增大或减小，闸门开度减小或增大，从而实现对突水危险处水压力的动态调节。
具体确定水压力阈值上下限的方法：(1)水压力阈值下限的确定。根据泄水洞常年监测结果判断，泄水洞常年监测结果的最低水压力作为阈值下限，根据该值确定的泄水洞流量不会造成地下水的超量排放；(2)水压力阈值上限的确定。根据推导的临界水压力公式得到
Figure BSA00000765407800051
式中各参数如图(2)所示，其中
σ1、σ3为隧道所在处围岩所受的远场地应力作用；β为裂纹长轴方向与垂向应力夹角；pw为岩溶水压力；
Figure BSA00000765407800052
为围岩的内摩擦角；τc为围岩的断裂应力；k为系数，其值处于0～1之间，可由发生突水时的临界水压力与围岩的参数计算得到。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种既有岩溶隧道泄水防突与水文地质环境保护方法，其特征在于，该保护方法根据水流在泄水通道闸门上产生的水压力大小和拉动闸门的弹簧系统拉力大小的动态平衡，来控制闸门开闭大小调节水流量，进而实现对作用于闸门水压力的动态调节，包括：
第一步为闸门的制作，该闸门采用钢筋混凝土结构，闸门为长方形，尺寸由泄水洞尺寸决定，且轮廓大于泄水洞过水断面轮廓；
第二步根据闸门面积和闸门在泄水洞内的动作范围开挖闸门运动所需要的空间；
第三步安装闸门门轴和控制闸门开闭的弹簧及闸门外侧的橡胶密封系统。
2.根据权利要求1所述的既有岩溶隧道泄水防突与水文地质环境保护方法，其特征在于，根据作用于泄水通道内闸门上水压力的数值来调节闸门开闭和开度大小；当水压力值小于阈值范围的下限时，为了防止水的超量排放，闸门关闭，当水压力大于阈值范围的下限时，说明水压力逐渐增大，此时闸门打开一定程度，控制水压力的增大，当水压力增加越大时，闸门开度越大直至全部打开，控制水压力超过阈值上限；闸门开度的变化实现了泄水通道内水流量的动态调节，从而避免岩溶水的超量排放或者排放量不足。
3.根据权利要求1所述的既有岩溶隧道泄水防突与水文地质环境保护方法，其特征在于，所述保护方法需要首先确定突水危险处的突水压力阈值范围，阈值范围包括水压力上限和下限，当突水危险处水压力值增大超过阈值上限时，闸门系统全部打开使水压力值降低，当突水危险处水压力值降低超过阈值下限时，闸门系统全部关闭使水压力值升高，当突水危险处水压力值处于阈值范围时，随水压力的增大或减小，闸门开度减小或增大，从而实现对突水危险处水 压力的动态调节。
4.根据权利要求3所述的既有岩溶隧道泄水防突与水文地质环境保护方法，其特征在于，具体确定水压力阈值上下限的方法：
(1)水压力阈值下限的确定。根据泄水洞常年监测结果判断，泄水洞常年监测结果的最低水压力作为阈值下限，根据该值确定的泄水洞流量不会造成地下水的超量排放；
(2)水压力阈值上限的确定。根据推导的临界水压力公式得到
Figure FSA00000765407700021
式中各参数，其中σ1、σ3为隧道所在处围岩所受的远场地应力作用；β为裂纹长轴方向与垂向应力夹角；pw为岩溶水压力； 
Figure FSA00000765407700022
为围岩的内摩擦角；τc为围岩的断裂应力；k为系数，其值处于0～1之间，可由发生突水时的临界水压力与围岩的参数计算得到。 
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104389635A (zh) * 2014-09-29 2015-03-04 招商局重庆交通科研设计院有限公司 确定隧道地下水合理排放量的方法
CN104696010A (zh) * 2015-03-20 2015-06-10 青岛理工大学 一种矿山突水综合治理方法
CN112145186A (zh) * 2020-09-25 2020-12-29 中铁二十局集团有限公司 隧道泄水降压结构及施工方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2137000Y (zh) * 1992-09-19 1993-06-23 陈灵仙 水位自动控制闸门
CN2763347Y (zh) * 2005-01-18 2006-03-08 河海大学 可控制水位自动开启闸门
CN201620915U (zh) * 2010-03-26 2010-11-03 中铁十二局集团有限公司 岩溶隧道反坡排水定压受控排水装置
CN202017527U (zh) * 2011-03-29 2011-10-26 中铁十七局集团第三工程有限公司 浮力自动启闭单向排水装置
CN202298888U (zh) * 2011-09-30 2012-07-04 中国瑞林工程技术有限公司 溢流式截流井截流水量控制装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2137000Y (zh) * 1992-09-19 1993-06-23 陈灵仙 水位自动控制闸门
CN2763347Y (zh) * 2005-01-18 2006-03-08 河海大学 可控制水位自动开启闸门
CN201620915U (zh) * 2010-03-26 2010-11-03 中铁十二局集团有限公司 岩溶隧道反坡排水定压受控排水装置
CN202017527U (zh) * 2011-03-29 2011-10-26 中铁十七局集团第三工程有限公司 浮力自动启闭单向排水装置
CN202298888U (zh) * 2011-09-30 2012-07-04 中国瑞林工程技术有限公司 溢流式截流井截流水量控制装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
杨艳娜: "西南山区岩溶隧道涌突水灾害危险性评价系统研究", 《中国期刊网全文数据库》, 31 December 2009 (2009-12-31), pages 98 - 111 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104389635A (zh) * 2014-09-29 2015-03-04 招商局重庆交通科研设计院有限公司 确定隧道地下水合理排放量的方法
CN104696010A (zh) * 2015-03-20 2015-06-10 青岛理工大学 一种矿山突水综合治理方法
CN112145186A (zh) * 2020-09-25 2020-12-29 中铁二十局集团有限公司 隧道泄水降压结构及施工方法

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