CN114021228A - 一种隧道涌水量预测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种隧道涌水量预测方法，包括以下步骤：1)根据隧道结构类型对不同隧道进行模型构建，获得均质单隧道模型、二元结构单隧道模型以及均质多隧道模型；2)根据构建的多组模型，采集以下参数：渗透系数K，定水头边界与隧道中点处距离I，隧道等效半径r0，隧道底部以上含水层厚度H；3)根据采集的参数确定修正系数；4)根据计算的修正系数对大岛洋志公式、佐藤邦明公式和裘布依公式计算结果进行修正，将公式计算出的涌水量乘以修正系数，获得最终的隧道涌水量预测结果。本发明完成不同隧道模型的建立与模拟，利用不同变量对经验公式进行修正来进行隧道涌水量预测，可快速准确的进行隧道涌水量预测。
Description
技术领域
本发明涉及地质岩土勘测技术，尤其涉及一种隧道涌水量预测方法。
背景技术
由于隧道所处自然环境的复杂多变，其工程地质条件与水文地质条件的高度不确定性，隧道涌水量的预测和计算往往与实际有很大出入：据统计在我国10多座有名隧道中，预测的可能最大涌水量，接近实际情况的仅占10％左右，预测的正常涌水量，接近实际情况的仅占20％～30％。因此，为较为准确地预测隧道涌水量，对现行的涌水量计算方法进行评估、修正十分必要。
现阶段，较为常用的方法是地下水动力学法和数值法。
地下水动力学法是由水文、水力学原理经严密的数学推导得出的一系列理论公式，参数获得较为容易，计算简单便捷，但其适用条件苛刻，在实际工程中很难完全符合这些条件，以至由此法得到的结果与实际相差甚远，缺乏实际应用价值。
对于数值法，在任何复杂地质及水文地质条件下，只要基于充足有效的地质勘查以及水文地质试验，查明研究区的基本地质情况及获取有效的水文地质参数，进而建立水文地质模型，获取隧道涌水量，在一定的精度要求下，均可以较为真实地反映其实际值。但是，必要的地质及水文地质资料(包括含水层性质、特征、埋藏分布、补给、越流、排泄及边界等)的获取需要大量野外勘察、试验支持，工作量大，费用高。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种隧道涌水量预测方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种隧道涌水量预测方法，包括以下步骤：
1)根据隧道结构类型对不同隧道进行模型构建，获得均质单隧道模型、二元结构单隧道模型以及均质多隧道模型；
2)根据构建的多组模型，采集以下参数：渗透系数K，定水头边界与隧道中点处距离I，隧道等效半径r0，隧道底部以上含水层厚度H；
3)根据采集的参数确定修正系数，具体如下：
3.1)根据渗透系数K确定裘布依公式正常涌水量的修正系数p0；计算方式如下：
K＝2.2471p0+0.7273；
3.2)根据定水头边界与隧道中点处距离I以及隧道等效半径r0确定大岛洋志公式、佐藤邦明公式、裘布依公式的正常涌水量修正系数p1，p2，p3；具体如下：
I/r0＝-0.0039p1+0.4717；
I/r0＝-0.0054p2+0.6469；
I/r0＝-0.0198p3+2.3857；
3.3)隧道底部以上含水层厚度H确定大岛洋志公式、佐藤邦明公式的最大涌水量修正系数q1，q2；
H/lnH＝0.1755q1+3.7653；
H/lnH＝0.2151q2+0.7927；
4)根据计算的修正系数对大岛洋志公式、佐藤邦明公式和裘布依公式计算结果进行修正，将公式计算出的涌水量乘以修正系数，获得最终的隧道涌水量预测结果。
本发明产生的有益效果是：
本发明完成不同隧道模型的建立与模拟，利用不同变量对经验公式(大岛洋志公式、佐藤邦明公式和裘布依公式)进行修正来进行隧道涌水量预测，并通过数值法完成修正公式预测值有效性的检验，通过修正使得计算结果更加符合实际，可快速准确的进行隧道涌水量预测。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明实施例的方法流程图。
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。
如图1所示，一种隧道涌水量预测方法，包括以下步骤：
1)根据隧道结构类型对不同隧道进行模型构建，获得均质单隧道模型、二元结构单隧道模型以及均质多隧道模型；
2)根据构建的多组模型，采集以下参数：渗透系数K，定水头边界与隧道中点处距离I，隧道等效半径r0，隧道底部以上含水层厚度H；
3)根据采集的参数确定修正系数，具体如下：
3.1)根据渗透系数K确定裘布依公式正常涌水量的修正系数p0；计算方式如下：
K＝2.2471p0+0.7273；
3.2)根据定水头边界与隧道中点处距离I以及隧道等效半径r0确定大岛洋志公式、佐藤邦明公式、裘布依公式的正常涌水量修正系数p1，p2，p3；具体如下：
I/r0＝-0.0039p1+0.4717；
I/r0＝-0.0054p2+0.6469；
I/r0＝-0.0198p3+2.3857；
3.3)隧道底部以上含水层厚度H确定大岛洋志公式、佐藤邦明公式的最大涌水量修正系数q1，q2；
H/lnH＝0.1755q1+3.7653；
H/lnH＝0.2151q2+0.7927；
4)根据计算的修正系数对大岛洋志公式、佐藤邦明公式和裘布依公式计算结果进行修正，将公式计算出的涌水量乘以修正系数，获得最终的隧道涌水量预测结果。
代入具体参数数值，计算得到：
均质单隧道模型：大岛洋志公式最大涌水量修正系数为5.58，正常涌水量修正系数为0.17；佐藤邦明公式最大涌水量修正系数为6.41，正常涌水量修正系数为0.23；裘布依公式正常涌水量修正系数为0.85。
“二元结构”单隧道模型：大岛洋志公式最大涌水量修正系数为5.95，正常涌水量修正系数为0.22；佐藤邦明公式最大涌水量修正系数为6.83，正常涌水量修正系数为0.30；裘布依公式正常涌水量修正系数为1.15。
均质多隧道模型：大岛洋志公式最大涌水量修正系数为13.90，正常涌水量修正系数为0.29；佐藤邦明公式最大涌水量修正系数为14.86，正常涌水量修正系数为0.40；裘布依公式正常涌水量修正系数为0.89。
其中，裘布依公式正常涌水量修正系数采用的为步骤3.1)和3.2)中p0和p3的均值。
利用数值模拟得到的隧道涌水量完成对最终的隧道涌水量预测公式的检验，通过修正得到的预测公式使得计算结果更加符合实际。
该方法在中国石化新疆煤制天然气外输管道(新粤浙)穿越长江隧道工程中进行了应用。管道长3520m，建筑物包括包括南、北岸竖井和穿江隧道。穿越位置西距荆岳大桥8km。两岸地势开阔，居民较少，有县级公路、省道公路与工程区相连，交通便利。
通过分析穿越工程典型纵剖面的岩性及水文地质变化情况，将长江隧道穿越工程划分成4个穿越子段进行分别进行模型概化工作。模拟采用二维剖面的形式，按穿越位置左右各延伸500m进行模拟。根据初勘阶段补充勘察报告的水文地质试验成果，确定各层的渗透系数，其中粉细砂层渗透系数选用经验值。各层层厚概化为对应勘探孔出露深度的平均值，给水度等其它参数选用经验值。
通过模拟，得到模拟时长分别为30d，90d，180d的该子段隧道总单宽涌水量，乘以子段长度得到该子段隧道总涌水量通过对穿越段各子段模型的建立与赋参运行，得到穿越段相应隧道涌水量。在0～30d内，穿越段隧道总涌水量达640441m3；在0～90d内，穿越段隧道总涌水量达1291677m3；在0～180d内，穿越段隧道总涌水量达2063933m3。
将各子段的相关参数分别代入大岛洋志公式、佐藤邦明公式及裘布依公式中计算得到相应子段在0～30d内的隧道涌水量。由汇总数据可知，不同方法计算得到的数值相差较大，由修正后的预测公式相比经验公式获得的得到的数值相差较小，并更接近数值模拟得到的数据。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (2)
1.一种隧道涌水量预测方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)根据隧道结构类型对不同隧道进行模型构建，获得均质单隧道模型、二元结构单隧道模型以及均质多隧道模型；
2)根据构建的多组模型，采集以下参数：渗透系数K，定水头边界与隧道中点处距离I，隧道等效半径r0，隧道底部以上含水层厚度H；
3)根据采集的参数确定修正系数，具体如下：
3.1)根据渗透系数K确定裘布依公式正常涌水量的修正系数p0；计算方式如下：
K＝2.2471p0+0.7273；
3.2)根据定水头边界与隧道中点处距离I以及隧道等效半径r0确定大岛洋志公式、佐藤邦明公式、裘布依公式的正常涌水量修正系数p1，p2，p3；具体如下：
I/r0＝-0.0039p1+0.4717；
I/r0＝-0.0054p2+0.6469；
I/r0＝-0.0198p3+2.3857；
3.3)隧道底部以上含水层厚度H确定大岛洋志公式、佐藤邦明公式的最大涌水量修正系数q1，q2；
H/lnH＝0.1755q1+3.7653；
H/lnH＝0.2151q2+0.7927；
4)根据计算的修正系数对大岛洋志公式、佐藤邦明公式和裘布依公式计算结果进行修正，将公式计算出的涌水量乘以修正系数，获得最终的隧道涌水量预测结果。
2.根据权利要求所述的一种隧道涌水量预测方法，其特征在于，所述步骤4)中裘布依公式正常涌水量修正系数采用的为步骤3.1)和3.2)中p0和p3的均值。
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