CN113565524B - 一种运营期防突涌砂的凹槽式斜井、隧道结构及设计方法 - Google Patents

一种运营期防突涌砂的凹槽式斜井、隧道结构及设计方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及隧道工程领域，特别是一种运营期防突涌砂的凹槽式斜井、隧道结构及设计方法，其中斜井，包括斜井通道，斜井通道的下游端设置有封堵结构，斜井通道包括沿其长度方向依次设置的涌砂段、凹槽段和排水段，排水段位于斜井通道的下游端，封堵结构位于排水段内，凹槽段的井壁下部设置有用于容纳涌砂的凹槽，凹槽顶部覆盖有钢丝网。本发明的一种运营期防突涌砂的凹槽式斜井，在排水段上游的凹槽段设置凹槽，利用凹槽收集涌砂，降低斜井通道发生涌砂的总动能，沉积砂后防止封堵结构发生淤堵，避免巨大的静态压力对封堵结构乃至正洞构成的危害，同时凹槽顶部覆盖有钢丝网，防止较大石块进入凹槽，而造成凹槽收集涌砂效果变差的情况发生。

Description

一种运营期防突涌砂的凹槽式斜井、隧道结构及设计方法
技术领域
本发明涉及隧道工程领域，特别是一种运营期防突涌砂的凹槽式斜井、隧道结构及设计方法。
背景技术
长大隧道修建过程中为了满足工期、施工安全等要求，需要修建斜井等辅助坑道。然而，斜井穿越富水断层、岩溶等段落时，容易发生涌砂，严重危害正洞的运营安全。
现有技术中，一般在斜井与正洞相交处设置混凝土封堵，并预留排水通道。但是，如果斜井内发生涌砂事故，封堵结构抵抗不了巨大冲击力，高速水流携带砂石冲破混凝土封堵进入正洞，严重危害正洞的运营安全。另一方面，砂石逐渐流至斜井底部，堵住斜井向正洞的排水系统，斜井的后续砂石淤堵在斜井底部，形成巨大的静态压力，压垮封堵结构依然会对正洞构成巨大风险。
因此，需要研究一种新型突水涌砂防控结构，减弱斜井涌砂对正洞的危害。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有技术存在的高速水流携带砂石冲破混凝土封堵进入正洞，严重危害正洞的运营安全；斜井的后续砂石淤堵在斜井底部，形成巨大的静态压力，压垮封堵结构依然会对正洞构成巨大风险的问题，提供一种运营期防突涌砂的凹槽式斜井、隧道结构及设计方法。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种运营期防突涌砂的凹槽式斜井，包括斜井通道，所述斜井通道的下游端设置有封堵结构，所述斜井通道包括沿其长度方向依次设置的涌砂段、凹槽段和排水段，所述排水段位于所述斜井通道的下游端，所述封堵结构位于所述排水段内，所述凹槽段的井壁下部设置有用于容纳涌砂的凹槽，所述凹槽顶部覆盖有钢丝网。
本发明所述的一种运营期防突涌砂的凹槽式斜井，在排水段上游的凹槽段设置凹槽，利用凹槽收集涌砂，降低斜井通道发生涌砂的总动能，沉积砂后防止封堵结构发生淤堵，避免巨大的静态压力对封堵结构乃至正洞构成的危害，同时所述凹槽顶部覆盖有钢丝网，防止较大石块进入凹槽，而造成凹槽收集涌砂效果变差的情况发生。
优选地，所述凹槽呈沿斜井通道纵向的波浪形，使得凹槽不容易垮塌。
优选地，斜井通道内设置有预警装置，在斜井通道内发生涌水时，所述预警装置能够发出预警。
本发明还公开了一种隧道结构，包括正洞和如本申请所述的运营期防突涌砂的凹槽式斜井，所述封堵结构设置于所述斜井通道靠近所述正洞的端部，所述封堵结构底部设有排水通道，所述排水通道连通所述斜井通道与所述正洞。
本发明所述的一种隧道结构，利用凹槽收集涌砂，降低斜井通道发生涌砂的总动能，沉积砂后防止封堵结构发生淤堵，避免巨大的静态压力对封堵结构乃至正洞构成的危害。
优选地，所述正洞内设置有排水沟，所述排水通道与所述排水沟相连通。
本发明还公开了一种设计方法，包含以下步骤：
S1：基于本申请所述的运营期防突涌砂的凹槽式斜井建立斜井设计模型，并使所述斜井设计模型满足：输入排水段流量b1和涌砂段流量b3得到凹槽段的长度C2和凹槽的宽度s之间的运算关系；
S2：根据所述斜井通道的横截面底部最大横向尺寸A拟定凹槽的宽度s，s≤A，基于凹槽的宽度s和凹槽段的长度C2和凹槽的宽度s之间的运算关系，得到凹槽段的长度C2。
本发明提供凹槽段的计算方法，通过建立斜井设计模型，针对不同斜井通道涌砂流量、不同斜井通道断面尺寸、不同的排水段排水流量提供相应的设计依据。
优选地，所述步骤S1具体为；
S11：基于本申请所述的运营期防突涌砂的凹槽式斜井、输入排水段流量b1和涌砂段流量b3建立凹槽段的长度C2和凹槽段单位长度砂石下沉流量b2之间的关系模型，而且，基于涌砂砂石平均直径d建立凹槽段单位长度砂石下沉流量b2与凹槽的宽度s之间的关系模型；
S12：基于凹槽段的长度C2和凹槽段单位长度砂石下沉流量b2之间的关系模型，以及凹槽段单位长度砂石下沉流量b2与凹槽的宽度s之间的关系模型得到所述斜井设计模型。
优选地，所述步骤S11中，建立凹槽段的长度C2和凹槽段单位长度砂石下沉流量b2之间的关系模型具体为：
S111.基于现场地质勘察资料得到涌砂段流量b3，并且基于本申请所述的运营期防突涌砂的凹槽式斜井的结构尺寸确定排水段流量b1和斜井通道断面流量系数k；
S112.基于所述排水段流量b1、涌砂段流量b3和斜井通道断面流量系数k建立斜井通道中总势能转化模型和凹槽段范围之内的涌砂摩擦损失能量计算模型；
S113.基于斜井通道中总势能转化模型和凹槽段范围之内的涌砂摩擦损失能量计算模型得到凹槽段的长度C2和凹槽段单位长度砂石下沉流量b2之间的关系模型。
优选地，凹槽段范围之内的涌砂摩擦损失能量计算模型具体为：
Figure GDA0003511213250000041
式中，h槽为凹槽段范围之内摩擦能量损失值；C2为凹槽段的长度，单位m；k为斜井通道断面流量系数；b1为排水段流量，单位：m3/s；b2为凹槽段单位长度砂石下沉流量，单位：m3/s。
优选地，所述斜井设计模型具体为：
Figure GDA0003511213250000042
Figure GDA0003511213250000043
式中,C1为排水段的长度，单位m；C2为凹槽段的长度，单位m；C3为涌砂段的长度，单位m；a为斜井通道坡率；k为斜井通道断面流量系数；b1为排水段流量，单位：m3/s；b2为凹槽段单位长度砂石下沉流量，单位：m3/s；b3为涌砂段流量，单位：m3/s；z沙为砂石重度，单位：kN/m3；z水为水的重度，单位：kN/m3；g为重力加速度，单位：9.8m/s2；d为涌砂砂石平均直径，单位：mm；s为凹槽的宽度，单位：m。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、本发明所述的一种运营期防突涌砂的凹槽式斜井，在排水段上游的凹槽段设置凹槽，利用凹槽收集涌砂，降低斜井通道发生涌砂的总动能，沉积砂后防止封堵结构发生淤堵，避免巨大的静态压力对封堵结构乃至正洞构成的危害，同时所述凹槽顶部覆盖有钢丝网，防止较大石块进入凹槽，而造成导致凹槽收集涌砂效果变差的情况发生。
2、本发明所述的一种隧道结构，利用凹槽收集涌砂，降低斜井通道发生涌砂的总动能，沉积砂后防止封堵结构发生淤堵，避免巨大的静态压力对封堵结构乃至正洞构成的危害。
3、本发明提供凹槽段的计算方法，通过建立斜井设计模型，针对不同斜井通道涌砂流量、不同斜井通道断面尺寸、不同的排水段排水流量提供相应的设计依据。
附图说明
图1是本发明的一种隧道结构的整体结构示意图；
图2是本发明的斜井通道断面示意图；
图3是本发明的计算方法的结构参数示意图；
图4是本发明经过长时间突涌后的状态示意图；
图5是本发明斜井通道凹槽段的横截面示意图。
图标：1-正洞；11-边坡；12-路基顶面；2-斜井通道；21-第二支撑桩；22-第二桩帽；3-排水段；31-第一支撑桩部件；311-第一支撑桩；32-支撑架；321-第一桩帽；322-加强梁；4-凹槽段；41-凹槽；42-钢丝网；43-土坝；5-涌砂段6-正洞侧沟；7-断层；8-封堵结构；9-排水通道。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作详细的说明。
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用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
如图1、2、4和5所示，本实施例所述的一种运营期防突涌砂的凹槽式斜井，斜井穿越富水断层7，包括斜井通道2，所述斜井通道2的下游端设置有封堵结构8，所述斜井通道2的井壁下部设置有用于容纳涌砂的凹槽41。
在上述基础上，进一步优选的方式，所述凹槽41呈沿斜井通道2纵向的波浪形，使得凹槽不容易垮塌。
在上述基础上，进一步优选的方式，所述凹槽41顶部覆盖有钢丝网42，防止较大石块进入凹槽41。
在上述基础上，进一步优选的方式，斜井通道2内设置有预警装置，在斜井通道2内发生涌水时，所述预警装置能够发出预警。
在上述基础上，进一步优选的方式，所述斜井通道2包括沿其长度方向依次设置的涌砂段5、凹槽段4和排水段3，所述排水段3位于所述斜井通道2的下游端。
具体地，斜井通道2划分为涌砂段5、凹槽段4、排水段3，凹槽段4设置在涌砂段5和排水段3中间，排水段3位于所述斜井通道2的下游端，即靠近正洞1的一端，所述的凹槽段4是在斜井通道2坑底开挖横向的凹槽41，凹槽41呈波浪形，凹槽41顶部覆盖带孔钢丝网42，砂石可以从钢丝网42下沉到凹槽41中，防止较大石块进入凹槽41，所述的凹槽41在斜井通道2中间隔设置，斜井通道2与正洞1交叉位置设置封堵结构8，封堵结构8底部设有斜井通道2与正洞1相通的排水通道9。
在上述基础上，进一步优选的方式，所述的排水通道9与正洞侧沟6或中心水沟相连。
在上述基础上，进一步优选的方式，本发明的凹槽段4可以设置多段，相应的计算方法适应性修改。
如图4所示，随着突涌不断发生，泥沙沉积在沟槽中，水通过排水通道9排入正洞1，当沟槽注浆积满泥沙，泥沙逐渐形成土堆，形成土坝43。
本实施例的有益效果：利用凹槽41收集涌砂，降低斜井通道2发生涌砂的总动能，沉积砂后防止封堵结构8发生淤堵，避免巨大的静态压力对封堵结构8乃至正洞1构成的危害。
实施例2
如图1、2、4和5所示，本实施例所述的一种隧道结构，包括正洞1和实施例1所述的运营期防突涌砂的凹槽式斜井，所述封堵结构8设置于所述斜井通道2靠近所述正洞1的端部，所述封堵结构8底部设有排水通道9，所述排水通道9连通所述斜井通道2与所述正洞1。
在上述基础上，进一步优选的方式，所述正洞1内设置有排水沟，所述排水通道9与所述排水沟相连通。
具体地，所述排水沟为正洞侧沟6或中心水沟。
本实施例的有益效果：利用凹槽41收集涌砂，降低斜井通道2发生涌砂的总动能，沉积砂后防止封堵结构8发生淤堵，避免巨大的静态压力对封堵结构8乃至正洞1构成的危害。
实施例3
如图1-图5所示，本实施例所述的一种设计方法，用来计算凹槽41的宽度s和凹槽段4的长度C2，具体为：包含以下步骤：
S1：基于实施例1或2所述的运营期防突涌砂的凹槽式斜井建立斜井设计模型，并使所述斜井设计模型满足：输入排水段3流量b1和涌砂段5流量b3得到凹槽段4的长度C2和凹槽41的宽度s之间的运算关系；
S2：根据所述斜井通道2的横截面底部最大横向尺寸A拟定凹槽41的宽度s，s≤A，基于凹槽41的宽度s和凹槽段4的长度C2和凹槽41的宽度s之间的运算关系，得到凹槽段4的长度C2。
其中，步骤S1具体为；
S11：基于实施例1或2所述的运营期防突涌砂的凹槽式斜井、输入排水段3流量b1和涌砂段5流量b3建立凹槽段4的长度C2和凹槽段4单位长度砂石下沉流量b2之间的关系模型，而且，基于涌砂砂石平均直径d建立凹槽段4单位长度砂石下沉流量b2与凹槽41的宽度s之间的关系模型；
S12：基于凹槽段4的长度C2和凹槽段4单位长度砂石下沉流量b2之间的关系模型，以及凹槽段4单位长度砂石下沉流量b2与凹槽41的宽度s之间的关系模型得到所述斜井设计模型。
其中，步骤S11中，建立凹槽段4的长度C2和凹槽段4单位长度砂石下沉流量b2之间的关系模型具体为；
S111.基于现场地质勘察资料得到涌砂段5流量b3，并且基于实施例1或2所述的运营期防突涌砂的凹槽式斜井的结构尺寸确定排水段3流量b1和斜井通道2断面流量系数k；
S112.基于所述排水段3流量b1、涌砂段5流量b3和斜井通道2断面流量系数k建立斜井通道2中总势能转化模型和凹槽段4范围之内的涌砂摩擦损失能量计算模型；
S113.基于斜井通道2中总势能转化模型和凹槽段4范围之内的涌砂摩擦损失能量计算模型得到凹槽段4的长度C2和凹槽段4单位长度砂石下沉流量b2之间的关系模型。
上述设计过程具体为：
步骤A:确定涌砂段5流量b3、排水段3流量b1和斜井通道2断面流量系数k，其中，
涌砂段5流量b3由现场地质勘察资料得到，现场地质勘察资料具体包括：突涌水位置资料，涌水流量资料；
排水段3流量b1由实施例2所述的排水通道9设计尺寸求得，包括排水通道9的宽度，深度，坡率等；
斜井通道2断面流量系数k；
Figure GDA0003511213250000091
式中，P为斜井通道2过水断面面积，单位：m2；L为斜井通道2过水断面周长，单位：m；n为斜井通道2断面糙率，锚喷混凝土断面取0.022，模筑混凝土断面取0.013；
步骤B:基于所述排水段3流量为b1、涌砂段5流量b3和斜井通道2断面流量系数k建立斜井通道2中总势能转化模型和凹槽段4范围之内的涌砂摩擦损失能量计算模型；其中，
斜井通道2中总势能转化模型具体为：
Figure GDA0003511213250000092
式中，C1为排水段3的长度，单位m；C2为凹槽段4的长度，单位m；C3为涌砂段5的长度，单位m；k为斜井通道2断面流量系数；a为斜井通道2坡率；h槽为凹槽段4范围之内摩擦能量损失值；k为斜井通道2断面流量系数；b1为排水段3流量，单位：m3/s；b3为涌砂段5流量，单位：m3/s。
假设流过斜井通道2涌砂水流为均匀流，凹槽段4中间某微元段dx距离凹槽段4起点距离为x，凹槽段4中间某微元段dx范围之内摩擦能量损失dh槽为
Figure GDA0003511213250000101
整个凹槽段4进行积分可得：
Figure GDA0003511213250000102
求得凹槽段4范围之内的涌砂摩擦损失能量计算模型具体为：
Figure GDA0003511213250000103
式中，dh槽为凹槽段4中间某微元段dx范围之内摩擦能量损失；h槽为凹槽段4范围之内摩擦能量损失值；C1为排水段3的长度，单位m；C2为凹槽段4的长度，单位m；C3为涌砂段5的长度，单位m；k为斜井通道2断面流量系数；b1为排水段3流量，单位：m3/s；b2为凹槽段4单位长度砂石下沉流量，单位：m3/s。
步骤C:基于斜井通道2中总势能转化模型和凹槽段4范围之内的涌砂摩擦损失能量计算模型得到凹槽段4的长度C2和凹槽段4单位长度砂石下沉流量b2之间的关系模型，具体为：
Figure GDA0003511213250000104
式中，C1为排水段3的长度，单位m；C2为凹槽段4的长度，单位m；C3为涌砂段5的长度，单位m；a为斜井通道2坡率；k为斜井通道2断面流量系数；b1为排水段3流量，单位：m3/s；b2为凹槽段4单位长度砂石下沉流量，单位：m3/s；b3为涌砂段5流量，单位：m3/s。
步骤D:基于涌砂砂石平均直径d建立凹槽段4单位长度砂石下沉流量b2与凹槽41的宽度s之间的关系模型,具体为：
Figure GDA0003511213250000111
式中，b2为凹槽段4单位长度砂石下沉流量，单位：m3/s；z沙为砂石重度，单位：kN/m3；z水为水的重度，单位：kN/m3；g为重力加速度，单位：9.8m/s2；d为涌砂砂石平均直径，单位：mm；s为凹槽41的宽度，单位：m。
步骤D可以与步骤A、B、C之间无先后顺序，可以同时进行。
步骤E:基于凹槽段4的长度C2和凹槽段4单位长度砂石下沉流量b2之间的关系模型，以及凹槽段4单位长度砂石下沉流量b2与凹槽41的宽度s之间的关系模型得到所述斜井设计模型,并使所述斜井设计模型满足：输入排水段3流量b1和涌砂段5流量b3得到凹槽段4的长度C2和凹槽41的宽度s之间的运算关系,所述斜井设计模型具体为：
Figure GDA0003511213250000112
Figure GDA0003511213250000113
式中,C1为排水段3的长度，单位m；C2为凹槽段4的长度，单位m；C3为涌砂段5的长度，单位m；a为斜井通道2坡率；k为斜井通道2断面流量系数；b1为排水段3流量，单位：m3/s；b2为凹槽段4单位长度砂石下沉流量，单位：m3/s；b3为涌砂段5流量，单位：m3/s；z沙为砂石重度，单位：kN/m3；z水为水的重度，单位：kN/m3；g为重力加速度，单位：9.8m/s2；d为涌砂砂石平均直径，单位：mm；s为凹槽41的宽度，单位：m。
步骤F:根据所述斜井通道2的横截面底部最大横向尺寸A拟定凹槽41的宽度s，s≤A，基于凹槽41的宽度s和凹槽段4的长度C2和凹槽41的宽度s之间的运算关系，得到凹槽段4的长度C2。
在上述基础上，进一步优选的方式，本发明的凹槽段4可以设置多段，相应的计算方法适应性修改。
本实施例的有益效果：本发明提供凹槽段4的计算方法，通过建立斜井设计模型，针对不同斜井通道2涌砂流量、不同斜井通道2断面尺寸、不同的排水段3排水流量提供相应的设计依据。
实施例4
如图1-图5所示，本实施例所述的设计方法，以某一隧道为例：包含以下步骤：
确定涌砂段5流量b3、排水段3流量b1和斜井通道2断面流量系数k，其中，
涌砂段5流量b3＝3；
排水段3流量b1＝1；
计算斜井通道2断面流量系数k，斜井通道2过水断面面积P＝8m2；斜井通道2过水断面周长L＝18m；n＝0.022；
Figure GDA0003511213250000121
基于所述排水段3流量为b1、涌砂段5流量b3和斜井通道2断面流量系数k建立斜井通道2中总势能转化模型和凹槽段4范围之内的涌砂摩擦损失能量计算模型；其中，斜井通道2坡率a＝10°；排水段3流量b1＝1；涌砂段5流量b3＝3，排水段3的长度C1＝288m。
基于涌砂砂石平均直径d建立凹槽段4单位长度砂石下沉流量b2与凹槽41的宽度s之间的关系模型，b2为凹槽段4单位长度砂石下沉流量；砂石重度z沙＝20kN/m3；水的重度z水＝9.8kN/m3；重力加速度g＝9.8m/s2；涌砂砂石平均直径d＝4mm；凹槽41的宽度s拟定为10m，
求得：
Figure GDA0003511213250000131
将b2代入凹槽段4的长度C2和凹槽段4单位长度砂石下沉流量b2之间的关系模型，
Figure GDA0003511213250000132
求得c2等于100m。
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 (8)

1.一种用于运营期防突涌砂的凹槽式斜井的设计方法，所述凹槽式斜井包括斜井通道(2)，所述斜井通道(2)的下游端设置有封堵结构(8)，其特征在于，所述斜井通道(2)包括沿其长度方向依次设置的涌砂段(5)、凹槽段(4)和排水段(3)，所述排水段(3)位于所述斜井通道(2)的下游端，所述封堵结构(8)位于所述排水段(3)内，所述凹槽段(4)的井壁下部设置有用于容纳涌砂的凹槽(41)，所述凹槽(41)顶部覆盖有钢丝网(42)；
该设计方法包含以下步骤：
S1：基于所述凹槽式斜井建立斜井设计模型，并使所述斜井设计模型满足：输入排水段(3)流量b1和涌砂段(5)流量b3得到凹槽段(4)的长度C2和凹槽(41)的宽度s之间的运算关系；
S2：根据所述斜井通道(2)的横截面底部最大横向尺寸A拟定凹槽(41)的宽度s，s≤A，基于凹槽(41)的宽度s和凹槽段(4)的长度C2和凹槽(41)的宽度s之间的运算关系，得到凹槽段(4)的长度C2；
其中，所述斜井设计模型具体为：
Figure FDA0003511213240000011
Figure FDA0003511213240000012
式中,C1为排水段(3)的长度，单位m；C2为凹槽段(4)的长度，单位m；C3为涌砂段(5)的长度，单位m；a为斜井通道(2)坡率；k为斜井通道(2)断面流量系数；b1为排水段(3)流量，单位：m3/s；b2为凹槽段(4)单位长度砂石下沉流量，单位：m3/s；b3为涌砂段(5)流量，单位：m3/s；z沙为砂石重度，单位：kN/m3；z水为水的重度，单位：kN/m3；g为重力加速度，单位：9.8m/s2；d为涌砂砂石平均直径，单位：mm；s为凹槽(41)的宽度，单位：m。
2.根据权利要求1所述的一种用于运营期防突涌砂的凹槽式斜井的设计方法，其特征在于，所述步骤S1具体为；
S11：基于所述凹槽式斜井、输入排水段(3)流量b1和涌砂段(5)流量b3建立凹槽段(4)的长度C2和凹槽段(4)单位长度砂石下沉流量b2之间的关系模型，而且，基于涌砂砂石平均直径d建立凹槽段(4)单位长度砂石下沉流量b2与凹槽(41)的宽度s之间的关系模型；
S12：基于凹槽段(4)的长度C2和凹槽段(4)单位长度砂石下沉流量b2之间的关系模型，以及凹槽段(4)单位长度砂石下沉流量b2与凹槽(41)的宽度s之间的关系模型得到所述斜井设计模型。
3.根据权利要求2所述的一种用于运营期防突涌砂的凹槽式斜井的设计方法，其特征在于，所述步骤S11中，建立凹槽段(4)的长度C2和凹槽段(4)单位长度砂石下沉流量b2之间的关系模型具体为：
S111.基于现场地质勘察资料得到涌砂段(5)流量b3，并且基于所述凹槽式斜井的结构尺寸确定排水段(3)流量b1和斜井通道(2)断面流量系数k；
S112.基于所述排水段(3)流量b1、涌砂段(5)流量b3和斜井通道(2)断面流量系数k建立斜井通道(2)中总势能转化模型和凹槽段(4)范围之内的涌砂摩擦损失能量计算模型；
S113.基于斜井通道(2)中总势能转化模型和凹槽段(4)范围之内的涌砂摩擦损失能量计算模型得到凹槽段(4)的长度C2和凹槽段(4)单位长度砂石下沉流量b2之间的关系模型。
4.根据权利要求3所述的一种用于运营期防突涌砂的凹槽式斜井的设计方法，其特征在于，凹槽段(4)范围之内的涌砂摩擦损失能量计算模型具体为：
Figure FDA0003511213240000031
式中，h槽为凹槽段(4)范围之内摩擦能量损失值；C2为凹槽段(4)的长度，单位m；k为斜井通道(2)断面流量系数；b1为排水段(3)流量，单位：m3/s；b2为凹槽段(4)单位长度砂石下沉流量，单位：m3/s。
5.根据权利要求1所述的一种用于运营期防突涌砂的凹槽式斜井的设计方法，其特征在于，所述凹槽(41)呈沿斜井通道(2)纵向的波浪形。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的一种用于运营期防突涌砂的凹槽式斜井的设计方法，其特征在于，斜井通道(2)内设置有预警装置，在斜井通道(2)内发生涌水时，所述预警装置能够发出预警。
7.一种隧道结构，其特征在于，包括正洞(1)和基于权利要求1-6任意一项所述的用于运营期防突涌砂的凹槽式斜井的设计方法设计而成的凹槽式斜井，所述封堵结构(8)设置于所述斜井通道(2)靠近所述正洞(1)的端部，所述封堵结构(8)底部设有排水通道(9)，所述排水通道(9)连通所述斜井通道(2)与所述正洞(1)。
8.根据权利要求7所述的一种隧道结构，其特征在于，所述正洞(1)内设置有排水沟，所述排水通道(9)与所述排水沟相连通。
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