第十四講-鐵路隧道涌水量計算...ppt

隧道涌水量計算技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),鐵路工程水文地質(zhì)勘察規(guī)程TB10049-2004，以下簡稱規(guī)程。水電水利工程鉆孔抽水試驗規(guī)程DL/T5213-2005水利水電工程鉆孔壓水試驗規(guī)程SL31-2003技術(shù)手冊1）鐵路工程地質(zhì)手冊第1版鐵道部第一勘察設(shè)計院人民交通出版社19752）鐵路工程地質(zhì)手冊第2版鐵道部第一勘察設(shè)計院中國鐵道出版社19993）水文地質(zhì)手冊地質(zhì)部水文、工程地質(zhì)技術(shù)方法隊地質(zhì)出版社1978,隧道涌水量計算方法,隧道分類：非巖溶巖類隧道巖溶巖類隧道：按巖溶含水介質(zhì)類型及其徑流形式、接受降雨補給方式及巖溶發(fā)育強度級別分為兩個類型：類和類巖溶隧道。,隧道涌水量計算方法,地下徑流模數(shù)法降水入滲法地下水動力學(xué)法水文地質(zhì)比擬法數(shù)理統(tǒng)計法流域水文模型法其它方法：評分法、同位素氚法。,地下徑流模數(shù)法,適用條件：適用于非巖溶巖類隧道基巖裂隙水及類巖溶隧道。(1)計算隧道正常涌水量（Qs）Qs2.70M枯A(2)計算隧道最大涌水量（Qmax）QmaxQs式中：模比系數(shù)：多年最大降雨量/多年平均降雨量的統(tǒng)計標(biāo)準(zhǔn)值約等于1.50。所以，隧道最大涌水量約為正常涌水量的1.5倍。,降水入滲法,非巖溶巖類隧道基巖裂隙水及類巖溶隧道（1）計算隧道正常涌水量（Qs）QS=2.74WAQS=1000XA式中：Qs隧道通過含水體地段的正常涌水量m3/d；降水入滲系數(shù)；W多年平均降水量mm；X日平均降水量mm；A隧道通過含水體地段的集水面積km2。(2)計算隧道最大涌水量（Qmax）Qmax1.50Qs式中：Qmax隧道通過含水體地段的最大涌水量m3/d，約等于隧道正常涌水量的1.5倍；Wmax多年最大降水量mm。,降水入滲法,類巖溶隧道隧道涌水量的計算有兩種方法：（1）計算方法一：Q=1000XA式中：Q隧道通過含水體地段的雨季涌水量或設(shè)計頻率暴雨涌水量m3/d；降雨入滲系數(shù)；A隧道通過含水體地段的集水面積km2；地下水涌入系數(shù)；X設(shè)計頻率降雨量（mm/d），計算隧道雨季涌水量或設(shè)計頻率暴雨涌水量時，降雨量值必須分別采用不同的設(shè)計頻率降雨量：,雨季涌水量（Qs）,設(shè)計頻率降雨量的取值：由于降雨引發(fā)的涌水事故的后果以其鐵路隧道風(fēng)險等級標(biāo)準(zhǔn)不超過中度等級、風(fēng)險接受準(zhǔn)則為可接受準(zhǔn)則為準(zhǔn)；可用隧道當(dāng)?shù)貧庀笳荆ɑ蛴炅空荆┙涤觐l率為2030的多年中雨或大雨降雨量的平均值，長江以南地區(qū)一般為1535mm。在宜萬鐵路，降雨量的安全警示值為25mm。也可選擇下列二項日平均降雨量中的大值：a.多年月最大降雨量（或多年最大30日降雨量）的日平均降雨量值；b.雨季日降雨量0.1mm最長連續(xù)日數(shù)及其量的日平均降雨量值。,設(shè)計頻率暴雨涌水量（Qmax）,不同的工作階段可采用不同的設(shè)計頻率暴雨量值計算隧道設(shè)計頻率暴雨涌水量，如：施工階段：與施工期相對應(yīng)的重現(xiàn)期為五年一遇、或十年一遇暴雨量值；運營階段：五十年一遇暴雨量值。設(shè)計頻率暴雨量值的查算：a.據(jù)各省2008年版暴雨統(tǒng)計參數(shù)圖集年最大24小時點暴雨均值和變差系數(shù)Cv等值線圖查出相應(yīng)的、Cv值，再按下式計算：XtHp點tKp.根據(jù)隧道所在地區(qū)歷年一日最大降雨量或最大24小時降雨量進行理論頻率統(tǒng)計，確定設(shè)計頻率暴雨量。X=XcpKpXcp(Cv+1),(2)計算方法二：水電水利工程喀斯特工程地質(zhì)勘察技術(shù)規(guī)程DL/T5338-2006第7.3.9條：當(dāng)洞室所在的喀斯特巖層直接出露地表時，可按下式計算洞室或洞室群的涌水量：Q=1000aAHSS/(86400)式中：Q洞室或洞室群涌水量，m3/s；降水入滲系數(shù)，一般可采用0.300.60；A匯水面積，km2；Hs降水量，mm；計算時段天數(shù)；S涌入洞室水量占地下水徑流總量的份額，一般為0.100.40。,洼地滲入法巖溶洼地入滲量計算,隧道位于垂直滲流帶或水平徑流帶的季節(jié)變動帶，當(dāng)隧道頂部或隧道影響寬度內(nèi)有大型巖溶洼地時，由于洼地底部常有漏斗、落水洞與地下巖溶形態(tài)相連，施工時如若揭穿了這些垂直巖溶形態(tài)，在枯水季節(jié)及雨季的非降雨時段，一般不會產(chǎn)生巖溶涌水，但在降雨時段，特別是暴雨、特大暴雨時段，大量的雨水?dāng)y帶泥砂通過垂直狀態(tài)的巖溶形態(tài)“灌入”地下，可能會產(chǎn)生涌水、突泥。其涌水來源主要是區(qū)域性地下水位上升和局部“過路水”。,洼地滲入法巖溶洼地入滲量計算,洼地入滲量根據(jù)隧道中線附近頂部洼地的集水面積或洼地內(nèi)的積水面積、積水時間和水位觀測值等參數(shù)求得。當(dāng)洼地不積水或積水不到一日時，其表達式為：Qw=1000FX式中：Qw洼地入滲量（m3/d）；,地下水動力學(xué)法,適用條件：隧道圍巖為松散巖類及非巖溶巖類的隧道皆可應(yīng)用該方法。巖溶隧道：適用于類巖溶隧道，即：（1）不適于計算位于地下水垂直滲流帶（包氣帶）、地下水位季節(jié)交替帶（季節(jié)變動帶）、水文網(wǎng)排泄作用范圍內(nèi)的水平徑流帶（完全飽和帶）內(nèi)巖溶隧道的涌水量；（2）對位于不受附近水文網(wǎng)直接影響的深部循環(huán)帶內(nèi)的隧道涌水量可按其水文地質(zhì)概念模型及相應(yīng)的水文地質(zhì)數(shù)學(xué)模型進行預(yù)測；（3）裂隙巖溶含水體隙流含水體，在同一水文地質(zhì)單元內(nèi)，有統(tǒng)一的地下水位。,地下水動力學(xué)法,計算方法與步驟1計算方法：隧道涌水量計算穩(wěn)定流、非穩(wěn)定流理論公式及半理論半經(jīng)驗公式可查閱規(guī)程附錄D、鐵路工程地質(zhì)手冊或水文地質(zhì)手冊有關(guān)章節(jié)。鐵路工程地質(zhì)手冊第2版隧道涌水量計算式。水底隧道涌水量計算方法及計算公式詳見規(guī)程條文說明說明B.3.315式。2計算步驟：確定隧道圍巖含水體的水文地質(zhì)邊界條件：是無限含水體或是有限含水體隧道一側(cè)或兩側(cè)有透水邊界或隔水邊界；根據(jù)地下水的水力類型潛水、承壓水、含水體厚度有限厚或無限厚、含水體隔水底板的產(chǎn)狀水平或傾斜、隧道工程類型完整式或非完整式、隧道進水方式隧道側(cè)面進水、底部不進水，或隧道側(cè)面及底部同時進水等條件合理地選定計算模型。,數(shù)理統(tǒng)計法相關(guān)分析法,根據(jù)氣象、水文資料，建立某要素（可以是主要影響因素）與隧道內(nèi)地下水動態(tài)要素之間的關(guān)系，如：相應(yīng)期降水量與隧道涌水量動態(tài)相關(guān)；相應(yīng)期降水量與地下水壓動態(tài)相關(guān)；前期降水量與后期隧道涌水量相關(guān)等。在報知相關(guān)要素（如降水）以后，代入回歸方程式計算，推算其未來時刻地下水動態(tài)要素（隧道涌水量、水壓動態(tài)）的變化。相關(guān)分析的主要任務(wù)是：一是解決變量（如:涌水量、降雨量）之間的聯(lián)系形式（即建立回歸方程）；二是判別變量之間的聯(lián)系密切程度，以便找出一個統(tǒng)計量（復(fù)相關(guān)系數(shù)及擬合度），來客觀地反映回歸方程的使用價值。,數(shù)理統(tǒng)計法相關(guān)分析法,第一，它可用來分析隧道涌水量與降雨量因素之間關(guān)系，區(qū)別降雨量的主要影響因素與非主要影響因素預(yù)測涌水量趨勢；第二，回歸分析對降雨量因子挑選有較大的余地，允許較多地考慮各種可能的影響因子建立多元回歸方程，利用逐步回歸方法，更可優(yōu)選各回歸方程，使涌水量評價進一步完善；第三，利用Excel或SPSSSPSS15.0forWindows軟件計算方便，可操作性強，評價結(jié)果易于驗證，以及可以依據(jù)涌水量、降雨逐日觀測資料對回歸方程進行隨時修正，使其趨于實際便于檢查的特點。適用條件：預(yù)測施工或運營階段巖溶隧道內(nèi)涌突水點的涌水量水壓近期變化趨勢。據(jù)宜萬鐵路多個巖溶隧道降雨隧道涌水相關(guān)預(yù)測的實踐，相關(guān)分析法對雨季、特別是大雨、暴雨雨后隧道涌水變幅的預(yù)測，往往能獲得比較滿意的結(jié)果。,數(shù)理統(tǒng)計法相關(guān)分析法,多元線性隨機模型的建立根據(jù)隧道涌水量、降雨量的長觀資料，建立多元線性隨機模型，作為預(yù)測隧道涌水量變化趨勢的依據(jù)。Yb0+b1X1+b2X2+bmXm多元線性回歸方程的驗證對多元線性回歸方程進行驗證的目的是判別變量（涌水量、水壓、降雨量）之間的聯(lián)系密切程度，可通過復(fù)相關(guān)系數(shù)R、擬合度R2、顯著性水平F三項指標(biāo)，來客觀地反映回歸方程的使用價值。（1）復(fù)相關(guān)系數(shù)R（2）擬合度R2（3）顯著性水平F：F0.000,數(shù)理統(tǒng)計法相關(guān)分析法,隧道涌水量變化趨勢預(yù)測建立樣本回歸方程并通過統(tǒng)計檢驗后，就可以利用樣本回歸方程進行預(yù)測。預(yù)測就是給定自變量的特定值，利用樣本回歸方程對因變量的值進行估計。,水文地質(zhì)比擬法,根據(jù)已研究或有長期觀測記錄的既有隧道、礦井坑硐、隧道已施工的掘進段涌水資料，可以估算水文地質(zhì)條件與其相似的隧道涌水量。所謂“水文地質(zhì)條件相似”，系指氣候、地形地貌、植被、地質(zhì)條件巖性、構(gòu)造、地下水動力性質(zhì)、含水體巖性含水介質(zhì)類型、補給、徑流、排泄以及滲透性等大體相似。,流域水文模型法,宜萬鐵路多個隧道遭遇巖溶地下河系統(tǒng)，隧道襲奪了地下河原徑流途徑，巖溶地下河水成為隧道涌水最主要的水源。這些巖溶地下河系統(tǒng)通常以巖溶管道和巖溶洞穴大型溶腔等多種巖溶空隙介質(zhì)體為主，其形態(tài)結(jié)構(gòu)和地表河流具有一定的相似性，符合地表水系的發(fā)育、形成和演化規(guī)律；地下河流量動態(tài)變化特征與地表水流亦具有很好的相似性，都具有流量大、流速快、洪峰在數(shù)小時內(nèi)完成的特點。隧道施工進程中，實時涌水洪水預(yù)報、提高洪水預(yù)報系統(tǒng)精度和增長預(yù)見期是施工階段防洪減災(zāi)、安全生產(chǎn)的核心。但是，運用傳統(tǒng)的水文地質(zhì)隧道涌水量預(yù)測方法來實現(xiàn)巖溶隧道涌水峰值及涌水徑流的水文過程，無論在理論、方法和技術(shù)手段等方面都遇到了挑戰(zhàn)。,流域水文模型法,適用條件：類巖溶隧道。即與隧道有聯(lián)系的地下河流域巖溶強烈發(fā)育；巖溶含水介質(zhì)管道化程度較高；其流量動態(tài)對降雨十分敏感。計算方法流域水文模型的理論基礎(chǔ)就是產(chǎn)流、匯流計算。計算步驟如下：確定流域參數(shù)；設(shè)計暴雨；用瞬時單位線方法計算地面徑流及地下徑流；將各時段的地面徑流疊加相應(yīng)時段的地下徑流，即得到全部設(shè)計洪水過程。,其它方法：評分法、同位素氚法,評分法同位素氚法,隧道涌水量計算精度級別及允許誤差,隧道涌水量計算精度的級別隧道涌水量計算精度可分為五級：A、B、C、D、E級。隧道涌水量計算的允許誤差（）計算的隧道涌水量的允許誤差與隧道涌水量計算精度級別相對應(yīng)，分為五級：1）驗證的A級隧道涌水量允許誤差為小于20；2）查明的B級隧道涌水量允許誤差為2040；3）控制的C級隧道涌水量允許誤差為4060；4）推斷的D級隧道涌水量允許誤差為6080；5）估算的E級隧道涌水量允許誤差為8090。,隧道涌水量計算的評價,隧道涌水量計算方法及計算公式的選擇：列舉采用的隧道涌水量計算方法及計算公式。隧道涌水量計算參數(shù)的確定：說明各計算參數(shù)的來源及其數(shù)