富水隧洞排水设计及效果分析.pdf

2 0 1 6年 第 3 5卷 第 2期 D WR HE 水 利 水 电 工 程 设 计 1 9 富水隧洞排水设计及效果分析 田建林 顾耀 民 摘 要 在 富水 区开挖 深埋 无压 水工输水隧洞 ，高 外水 压力是影响 隧洞衬 砌稳定 的最 重要 因素 ，合理 的排水设计 对 隧洞安全 尤为重要。结合宁夏 固原地 区 ( 宁夏 中南部 )城 乡饮水 安全 水源工程 7 大湾输水 隧洞 ，对深埋 高外水隧洞 的排水设 计进 行 了探讨 ，提 出结合 围岩 固结灌 浆和 钻孔安装毛 细透 排水管 ( 不穿透 固结灌浆层 )的设计 方案，并采 用平 面渗 流有限元方法对排水效果进行 了分析 ，结果表 明，该排水 设计方案 能有 效减 少衬 砌上承 受的外水压力 ，且 可靠性强，对周边地下水平衡影响较小，可供 类似工程参考。 关键词 深埋输水隧洞 高外水 排 水设 计 毛细透排水管 平面渗流有限元法 中图分类号T V 6 7 2 ． 1 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 7 — 6 9 8 0 ( 2 0 1 6 ) 0 2 — 0 o 1 9 ． 0 3 在 富水 区开挖深埋无压水工 引水 隧洞 ，高外 水压力是影响隧洞衬砌稳定 的最重要 因素 ，为避 免 高外水压力全部直接作用于衬砌上 ，合理 的排 水设计对隧洞安全显得尤为重要 。宁夏 固原地 区 ( 宁夏 中南部 )城乡饮水安全水源工程 7 ( 大湾 ) 隧洞为无 压输水 隧洞 ，洞长 1 0 ． 6 k m，平均埋 深 1 6 5 m，最大 埋深 3 1 0 m，最大 外水水 头 2 4 5 m， 是工程单洞最长 、埋深最 大的洞段 。洞线穿越多 个走向近南北 的深沟 。多数 沟内常年有水 。隧洞 区地下水以第 四系松散层孔 隙潜水 和 白垩 系基岩 裂隙水为 主 。局部地带 表现 出裂 隙潜水 的特征 ， 接受沟谷河水及上层 潜水 补给。7 隧洞主要 围岩 灰色泥页岩( K n ) 、泥岩与泥灰岩互层( K 。 n )和 泥岩夹薄层泥灰岩( K n 3 ) 。故为降低隧洞衬砌所 承受的外水压力 。确 保隧洞安全运 行的同时不破 坏周边生态水平衡 ，合理可靠 的排水设计尤 为重 要 。 1 排 水 设 计 目前减小 隧洞衬砌上 的外水压力 的工程措施 均遵照“ 堵” 、 “ 截” 、 “ 排”的原则 ，选择单独 或综合处理措施 。堵即对衬砌外 围岩进行 固结灌 浆 ，降低 围岩的渗透性 ，使隧洞衬砌周 围一定范 围内形 成一个 固结灌浆 圈分 担衬砌 的外水 压力 ； “ 排”即在衬砌上设置排水孔 。排水孔贯穿衬砌将 衬砌周 围的渗水排人隧洞 中。以达到进一步降低 衬砌外水压力 的作用 。排水孔设置有穿透 固结灌 浆层和不穿透 固结灌浆层两种 ．前者排水效果较 好 ，有利于减小衬砌 结构承受的外水压力 ，但不 能充分发挥 固结灌浆圈 的阻水作用 ，增大地下水 渗入量 ，可能造成地 下水位下 降 ，恶化周边生态 环境 ；后者只排 出渗入灌浆圈内的外水 ，渗水量 较少 ，能充分发挥灌 浆圈对外水 的阻隔作用 。在 本工程排水孔设计过程中 ，选择采用不打穿 固结 灌浆层方案 。 根据 7 大湾隧洞结构尺寸及规范要求 ，选择 固结灌浆层厚度 2 ． 5 m，排水孔深度深入基岩 2 m。 另外 ，考虑到隧洞为无压隧洞 ．排 水孔布置于洞 内水面以上洞顶处 ，呈 向外辐射状 ．3孔和 2孔间 隔布置，排距 2 m，中间夹角 4 5 。 。 保证排水 系统 的长期有效运行 ，排水孔结构 能否有效 的排水是关键 。在实际工程应用 中，排 水孔结构有开孑 L 的钢花管、P V C管 、开孔 P V C管 结合无纺布排水管 、毛细透排水管 、开孔 P V C管 材 内设玻璃棉等 。但在 已建工程 的实际运行 中都 存在或多 或少 的弊端 ，例如开孔 的钢花管在隧洞 运行过程 中有破碎 的小石块 由排水孑 L 掉 出．隧洞 顶局部形成 空洞 ，对 隧洞的运行 安全形成 隐患 ； 开孔的 P V C管外缠土工布在运行过程中细颗粒会 造成排水 管的堵塞 ，致 使部分排 水管功 能失效 ， 威胁 隧洞运行安全。7 大湾隧洞围岩主要 以泥岩 、 泥灰岩和泥页岩为主 ，极 易造成花管 的堵塞 ；考 虑到毛细透排水 管主要是利用毛细力 主动吸人土 壤 中饱 和水 ，其具有 不淤积堵 塞 的特性 ，因此 ， 本次排水孔材料选用毛细透排水管。 毛细透排水管是基于毛细透排水带设计而成 的 。毛细透排水带套包裹于 P V C管外 ，开孔 面朝 外 ，P V C管外 径 6 3 mm，壁 厚 2 ． 5 3 m m，顶 端 P VC管采用 6 3堵头封 口，以避免颗粒进入 。毛 细透排水管 5 0 0 ～ 1 0 0 0 mm长设置专用连接 管件 1 zzzPsgiolePfrp zzzPsgiolePfrpzzzPsgiolePfrp zzzPsgiolePfrpzzzPsgiolePfrp