某隧道断层带疏水降压设计研究.pdf

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1、第３１卷第９期长江科学院院报Ｖｏｌ．３１Ｎｏ．９２０１４年９月ＪｏｕｒｎａｌｏｆＹａｎｇｔｚｅＲｉｖｅｒＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅＳｅｐ．２０１４ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１－５４８５．２０１４．０９．０１４２０１４，３１（０９）：７４－７８某隧道断层带疏水降压设计研究吴锐，许婷婷，方，张腾飞（中国地质大学工程学院，武汉４３００７４）摘要：以某隧道工程为背景，结合断层Ｆ场区工程地质及水文地质条件，通过深孔抽水、压水及水位恢复试验综合确定断层带渗透系数，分析了该断层的水文地质特征。基于此

2、，建立非完整潜水水平坑道位于无限含水体计算模型，对采用３种不同的排水洞布置方式及井点降水这４种方案进行了理论降水计算分析。最后，综合以上方案理论计算结果对比分析得出：采用两侧设置排水洞方案能够有效降低水位，达到设计要求；实践也表明：降水方案合理可行，可为该地区其他类似隧道排水工程提供参考。关键词：隧道工程；断层带；疏水降压；井点叠加法中图分类号：Ｕ４５５文献标志码：Ａ文章编号：１００１－５４８５（２０１４）０９－００７４－０５［６］变化。１９３５年，美国学者泰斯（Ｃ．Ｖ．Ｔｈｅｉｓ）首次提出地下水向井孔的不稳定流动公式，称为泰斯公１

3、研究背景式。泰斯公式的出现，不仅在理论上，而且在实际应随着我国公路、铁路和地铁的快速发展，越来越用上为研究地下水流向井孔的运动奠定了基础。此多的工程需通过修建隧道穿越。而在隧道掘进工程外，随着计算机技术的发展，已有大量学者将数值模中难免会遭遇溶洞、断层、暗河、瓦斯、天然气等各种拟运用到地下水渗流分析中。不良地质问题。对于富水隧道，往往容易发生涌水、本文研究的岳山隧道全长１００００多米，最大埋突泥等各种不良地质现象。这些现象不仅增加了施深６００多米，为单面下坡，隧道穿越得胜场槽谷的高工难度甚至导致施工无法运作，而且也威胁着施工压富水Ｆ

4、断层及得胜场暗河，断层规模大，发育着人员的安全，此时必须进行地下水控制，主要措施就多条次级分支，断层沿断层带溶洞、漏斗、泉水等十是进行工程降水。分发育，该段发生突水突泥的风险程度、规模和工程随着地下水开发利用规模的扩大，对地下水认处理难度，为国内外罕见，是该隧道乃至全线最困难识的加深，国内外对于地下水动力学的研究比较多。地段，也是公认的世界级难题。该超高压富水大Ｆ达西（ＨｅｒｒｙＤａｒｃｙ）于１８５６年根据在砂柱中水的渗断层长达２００余米、最大水压力达２．５ＭＰａ以上，断［１］透实验，总结出水在孔隙介质中流动的基本定层规模大，成分复

5、杂，构造作用强烈，所处特殊位置律，称之为达西定律。该定律至今仍是地下水动力使其成为隧道施工安全和环境造成影响的高风险地［２］学最基本、最重要的定律。１８６３年，裘布依（Ｊ．段。目前，正洞、平导均进入该断层及影响带，正洞Ｄｕｐｕｉｔ）提出圆岛状含水层中心一口完整抽水井条剩余２３７ｍ，平导剩余１７８ｍ。场区风向随季节变化件下的地下水稳定流动的方程；１９世纪８０年代，福而变化，隧道通风困难，危险源多，防范压力巨大。［３］希海默（Ｐ．Ｆｏｒｃｈｈｅｉｍｅｒ）开始研究比较复杂的稳本文基于地下水渗流理论，通过数学解析的方定流动问题。１８８９年，

6、俄国数学和力学家茹可夫斯法建立非完整潜水水平坑道位于无限含水体计算模基（Ｈ．Ｅ．Жуковский）提出稳定渗流的微分方型，进行了３种不同排水洞布置方案的降水计算，采［４］程；１９０４年，法国水力学家布西涅斯克（Ｊ．Ｂｏｕｓｓ用井点叠加法进行了井点降水方案的理论计算分［５］ｉｎｅｓｑ）导出潜水不稳定流的微分方程；１９２２年，苏析，可为该隧道的降水工程设计提供理论依据。联学者巴夫洛夫斯基在水工建筑物的渗流理论和应［５］用方面做出重要贡献，但这阶段研究主要属于地２断层带地质条件下水稳定流动问题；到２０世纪２０年代，美国大规模开采地下水

7、，使得地下水水位随时间发生了明显的Ｆ断层沿得胜场槽谷西侧分布，断层与槽谷走收稿日期：２０１３－１１－２６；修回日期：２０１４－０３－０７作者简介：吴锐（１９９０－），男，湖北孝感人，硕士，主要从事岩土工程与地质灾害研究工作，（电话）１５０７１４６２８７２（电子信箱）７２８４１１２５９＠ｑｑ．ｃｏｍ。第９期吴锐等某隧道断层带疏水降压设计研究７５向基本一致，为ＮＥ３５°～４５°；断层倾角为５０°～７０°，平面发育长度４５ｋｍ、地表宽度为２４５ｍ。岩性成分复杂，具有饱水含碎石粉质黏土或碎石土的类似性质，其下盘、上盘裂隙发育带导水能力强，核

8、部地段导水能力一般，围岩强度低、稳定性差，受水的浸泡软化，工程性质更加恶化，是隧道遭受突泥、坍方的高风险地段，围岩等级为Ｖ—Ⅵ级，在隧道的施工开挖中，将会面临涌泥、塌方的严重威胁。断层带主要由泥灰岩、断层泥、断层角砾岩、糜图１深孔水位