永久船闸排水洞中仰角、铅直排水孔排水效果.doc

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1、永久船闸排水洞中仰角、铅直排水孔排水效果摘要：永久船闸基础开挖形成了高、陡长的岩石边坡。为其边坡稳定，采用了两侧分设7层排水洞，洞中分别钻设排水孔幕，以降低地下水位。排水孔分为仰角、铅直向上两类。从排水效果分析、仰角孔的排水量总体上大约为铅直孔的两倍，其穿过结构面的数目亦为铅直孔的两倍，排水效果优于铅直孔。关键词：仰孔铅孔结构面排水效果永久船闸是三峡工程非常重要的组成部分，由于其深切开挖，形成了集高、陡、长等于一体的世界罕见的岩石边坡。为了增强边坡的稳定性，永久船闸采用了南、北边坡分别布置7层尺寸约为2.5m×3.0m或3.0m×3

2、.5m的排水洞，并在排水洞钻设排水孔幕，以降低地下水位，减少地下水渗压力。排水孔幕针对不同的岩区，采用了不同的布置形式：对于一般岩段，采用一排排水孔；对于地下水富集地带，采用了两排排水孔，一排靠山体一侧垂直于排水洞壁面仰起一定角度钻设(为了叙述方便，以下简称“仰孔”如图l中的a、c孔)，另一排垂直于排水洞壁面通过洞顶铅直向上钻设(以下称简“铅孔”，如图1中的b孔)。排水孔直径均为91mm，孔深约为30m。由于仰孔和铅孔的布置方式不同，其排水效果应有所差异。为了弄清两种排水孔的排水效果，本文对其进行了较为详细的测量和理论分析。图l排水

3、孔布置剖面示意图1仰、铅孔排水效果观测及分析对多个排水孔的仰、铅孔进行汛期和汛前两次观测，其结果整理于表l和表2中。测量方法是对同一洞段的仰、铅排水孔进行逐一定时排水测量，然后量取该洞段两种排水孔各自的总排水量。本处定义仰、铅排水孔排水量之比δ＝Q仰/Q铅(对于平均或综合排水比采用δ＝∑Q仰/Q铅，而不采用δ=∑δi/n,n为统计的洞段总数)δ即可反映出仰孔、铅孔的排水效果优劣。15表11997年7月汛期施测仰孔和铅孔排水效果比较洞号洞段孔数排水量(L/min)所占比例(%)仰、铅孔排水比δ仰孔铅孔合计仰孔铅孔15SA5上游段397

4、.2991.6148.91381.8918.114.52NA5上游段1063.3090.3863.69589.5510.458.57SA6上游段15340.6840.0330.71795.404.6020.73NA6上游段317.8765.58213.72857.3742.631.33NA1上游段7649.42513.3611562.68678.7221.283.70合计28668.59321.24689.83976.3523.653.23表21998年4月汛期前施测仰孔和铅孔排水效果比较15洞号洞段孔数排水量(L/min)所占比例

5、(%)仰、铅孔排水比δ仰孔铅孔合计仰孔铅孔15NA1上游段7619.50010.60530.10564.7735.231.84NA3双排管段150.2240.0710.29575.9324.073.15NA5上游段119159.6670.1979.86498.002.0049.00NA6上游段311.5480.7772.32566.5833.421.99SA2双排管段10510.41418.83929.2531535.6064.400.55合计34641.35330.48971.84257.8642.441.36量测结果表明，δ虽然

6、在0.55～49范围内变化，在10个测次中只有一次小于l，并且综合平均排水比δ均大于1。由此可见，仰孔的排水效果优于铅孔，大约为2倍(表3)。另外，北坡两次测量的δ较为稳定，而南坡的δ相差较大。这可能有两个原因，一是测量期间南坡排水洞正在进行排水孔和锚索等施工，两次没有测到同一段洞；二是永久船闸区内一直没有停止施工，渗流场没有达到稳定。2仰、铅孔排水效果理论分析　15表3综合量测结果(δ值)南坡北坡综合97.7测4.853.093.2398.4测0.552.66151.36综合0.902.931.12岩体渗流主要是结构面渗流，由于仰

7、、铅排水孔是依次交叉钻设的，可以认为他们的渗透系数、水力比降、裂隙开度等是相同的。那么，它们穿过结构面的多少，决定了排水效果的优劣。假定结构面成组平行出现。其垂直间距为d，根据几何关系可以导出排水孔在两结构面间的长度L为(结构面倾向洞内)(1)(结构面倾向洞外)(2)式中αq为结构面倾角；αy为排水孔的仰角；αz为排水洞轴线与结构面走向的夹角。由于三峡永久船闸排水洞中的排水孔是垂直于坝轴线布设的，αz也相当于排水孔轴线与结构面法线的水平投影夹角。式(1)中的绝对值是因为当αy＜α15q后，符号应相反。结构面倾向洞内和洞外表示排水孔穿

8、过的结构面是倾向洞内的(北坡结构面倾向为21～201°和南坡结构面倾向为202～20°时)或是洞外的(北坡结构面倾向为202～20°和南坡结构面倾向为21～201°时)即相应于图1中a、c孔。事实上，式(2)相当于将式(1)αy变为〔