CN111254892B - 软基上双层衬砌输水隧洞运行结构安全预警阈值设定方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种软基上双层衬砌输水隧洞运行结构安全预警阈值设定方法，包括以下步骤：步骤一：在隧洞内外衬之间布设层间渗压计，并对层间渗压计监测结果进行统计回归分析；步骤二：计算隧洞水位的变化速率和层间渗压测值的时效分量变化速率；步骤三：在外衬外部土层中布设层外渗压计实时监测外衬外部地下水位高程；步骤四：根据步骤一中的统计回归分析结果、步骤二中的计算结果和步骤三中的外衬外部地下水位高程，确定软基上双层衬砌输水隧洞运行结构的三级安全预警阈值。本发明填补了现有技术中缺少软基上的双层衬砌结构风险预警阈值设定方法的空白，能够满足实际工程运行安全监控要求，保障软基上双层衬砌输水隧洞的安全运行。

Description

软基上双层衬砌输水隧洞运行结构安全预警阈值设定方法

技术领域

本发明涉及一种软基上双层衬砌输水隧洞运行结构安全预警阈值设定方法，属于水利工程技术领域。

背景技术

如图1所示，软基上的大口径输水隧洞常采用双层衬砌结构型式，该双层衬砌结构型式是在外衬1和内衬2之间增设弹性垫层3，使两层衬砌完全分开受力，外衬1承担外部水、土荷载，内衬2承担内部水压力，内外分开，受力明确。

此种双层衬砌结构型式的外衬为盾构施工的分块拼装结构，管片接缝众多，内衬与外衬界面间虽然布置有可排水的弹性垫层，但仅能用于排放少量渗水。而内衬又承受高内水压力，如发生内水外渗，将会造成外衬接缝张开，导致洞外砂土渗透破坏，危及隧洞安全。据设计分析，当内外层间渗压水头接近外压水头90％时，外衬纵缝将处于临界张开状态，由于拼装式外衬接缝面仅有螺栓联内外层间渗压水头系，故外衬拼装式管片结构有可能发生失稳。

目前，对于软基上的双层衬砌结构缺少风险预警阈值的设定方法，不能满足实际工程运行安全监控要求。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种软基上双层衬砌输水隧洞运行结构安全预警阈值设定方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种软基上双层衬砌输水隧洞运行结构安全预警阈值设定方法，包括以下步骤：

步骤一：在隧洞内外衬之间布设层间渗压计，并对层间渗压计监测结果进行统计回归分析，统计回归分析公式如下：

其中，p(t)表示观测当日层间渗压计读数均值；H_u表示观测当日隧洞进口水位的均值；H_d表示观测当日隧洞出口水位的均值；H_p表示层间渗压计埋设高程；α＝2πΔt/365，Δt表示时间，单位为日；θ表示时效自变量，且θ＝Δt/30；a₀、a_1i、a_2i、b_1i、b_2i、c₁、c₂均表示待定系数；i＝1～3；

步骤二：计算隧洞水位的变化速率和层间渗压测值的时效分量变化速率，具体公式如下：

①隧洞进口水位的变化速率计算公式：

②隧洞出口水位的变化速率计算公式：

③层间渗压测值的时效分量变化速率计算公式：Δ_θ＝c₁+c₂/(1+θ)；

步骤三：在外衬外部土层中布设层外渗压计实时监测外衬外部地下水位高程H_w；

步骤四：根据步骤一中的统计回归分析结果、步骤二中的计算结果和步骤三中的外衬外部地下水位高程H_w，确定软基上双层衬砌输水隧洞运行结构的三级安全预警阈值为：

①一级预警：1.0m<p(t)<(H₀-H_p)，同时Δ_θ<max(Δ_u,Δ_d)，即表明层间可能内水外渗，但内衬仍未击穿，H₀表示层间渗压计埋设位置距内衬内壁顶高程；

②二级预警：Δ_θ>max(Δ_u,Δ_d)，或者(H₀-H_p)<p(t)<0.9H_w，表明内衬混凝土已被水力劈裂贯穿，此时应当适时停水安排加固处理；

③三级预警：p(t)>0.9H_w，衬砌存在被破坏的风险，应立刻降压、停水进行应急加固处理。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：本发明填补了现有技术中缺少软基上的双层衬砌结构风险预警阈值设定方法的空白，能够满足实际工程运行安全监控要求，保障软基上双层衬砌输水隧洞的安全运行。

附图说明

图1是典型双层衬砌输水隧洞的结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的较佳实施例进行详细说明，以便更清楚理解本发明的目的、特点和优点。应理解的是，附图所示的实施例并不是对本发明范围的限制，而只是为了说明本发明技术方案的实质精神。

本发明提供的软基上双层衬砌输水隧洞运行结构安全预警阈值设定方法，包括以下步骤：

步骤一：在隧洞内外衬之间布设层间渗压计，并对层间渗压计监测结果进行统计回归分析，统计回归分析公式如下：

其中，p(t)表示观测当日层间渗压计读数均值；H_u表示观测当日隧洞进口水位的均值；H_d表示观测当日隧洞出口水位的均值；H_p表示层间渗压计埋设高程；α＝2πΔt/365，Δt表示时间，单位为日；θ表示时效自变量，且θ＝Δt/30；a₀、a_1i、a_2i、b_1i、b_2i、c₁、c₂均表示待定系数；i＝1～3。

步骤二：计算隧洞水位的变化速率和层间渗压测值的时效分量变化速率，具体公式如下：

①隧洞进口水位的变化速率计算公式：

②隧洞出口水位的变化速率计算公式：

③层间渗压测值的时效分量变化速率计算公式：Δ_θ＝c₁+c₂/(1+θ)。

步骤三：在外衬外部土层中布设层外渗压计实时监测外衬外部地下水位高程H_w。

步骤四：根据步骤一中的统计回归分析结果、步骤二中的计算结果和步骤三中的外衬外部地下水位高程H_w，确定软基上双层衬砌输水隧洞运行结构的三级安全预警阈值为：

①一级预警：1.0m<p(t)<(H₀-H_p)，同时Δ_θ<max(Δ_u,Δ_d)，即表明层间可能内水外渗，但内衬仍未击穿，H₀表示层间渗压计埋设位置距内衬内壁顶高程；

②二级预警：Δ_θ>max(Δ_u,Δ_d)，或者(H₀-H_p)<p(t)<0.9H_w，表明内衬混凝土已被水力劈裂贯穿，此时应当适时停水安排加固处理；

③三级预警：p(t)>0.9H_w，衬砌存在被破坏的风险，应立刻降压、停水进行应急加固处理。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (1)

1.一种软基上双层衬砌输水隧洞运行结构安全预警阈值设定方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一：在隧洞内外衬之间布设层间渗压计，并对层间渗压计监测结果进行统计回归分析，统计回归分析公式如下：

其中，p(t)表示观测当日层间渗压计读数均值；H_u表示观测当日隧洞进口水位的均值；H_d表示观测当日隧洞出口水位的均值；H_p表示层间渗压计埋设高程；α＝2πΔt/365，Δt表示时间，单位为日；θ表示时效自变量，且θ＝Δt/30；a₀、a_1i、a_2i、b_1i、b_2i、c₁、c₂均表示待定系数；i＝1～3；

步骤二：计算隧洞水位的变化速率和层间渗压测值的时效分量变化速率，具体公式如下：

①隧洞进口水位的变化速率计算公式：

②隧洞出口水位的变化速率计算公式：

③层间渗压测值的时效分量变化速率计算公式：Δ_θ＝c₁+c₂/(1+θ)；

步骤三：在外衬外部土层中布设层外渗压计实时监测外衬外部地下水位高程H_w；

步骤四：根据步骤一中的统计回归分析结果、步骤二中的计算结果和步骤三中的外衬外部地下水位高程H_w，确定软基上双层衬砌输水隧洞运行结构的三级安全预警阈值为：

①一级预警：1.0m<p(t)<(H₀-H_p)，同时Δ_θ<max(Δ_u,Δ_d)，即表明层间可能内水外渗，但内衬仍未击穿，H₀表示层间渗压计埋设位置距内衬内壁顶高程；

②二级预警：Δ_θ>max(Δ_u,Δ_d)，或者(H₀-H_p)<p(t)<0.9H_w，表明内衬混凝土已被水力劈裂贯穿，此时应当适时停水安排加固处理；

③三级预警：p(t)>0.9H_w，衬砌存在被破坏的风险，应立刻降压、停水进行应急加固处理。

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