数值模拟法在隧道涌水量预测中的应用.pdf

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1、第46卷第13期人民长江Vo1．46．No．132015年7月YangtzeRiverJuly，2015文章编号：1001—4179(2015)13—0047—04数值模拟法在隧道涌水量预测中的应用徐承宇(西南交通大学地球科学与环境工程学院，四川成都611756)摘要：隧道涌水量的预测是规划公路、铁路线路很重要的一个环节。随着隧道设计水平、施工技术的提高以及施工机械的进步，采用长大隧道乃至特长大埋深越岭隧道的设计方案越来越多，使隧道涌水量的预测问题变得日益突出和迫切需要解决。以某实际隧道工程为例，提出了运用水文地质数值模拟法计算隧

2、道涌水量的新方法。将该地区的水文地质特征参数与现场监测数据选定后，可得到一种适用于该地区的水文地质地下水模型。通过与传统方法的预测结果比较后，证明了该方法的合理性。关键词：涌水量预测；深埋隧道；地下水动力解析法；地下水数值模拟中图法分类号：U455文献标志码：ADOI：10．16232／j．cnki．1001—4179．2015．13．013随着国家西部大开发和中部崛起战略的提出和实调查清楚；②用以预测隧道涌水量的数学模型不正施，中西部基础设施建设正在大力发展，在规划建设的确。前者是基础，若重要的水文地质条件未调查清铁路线路中，有

3、相当数量都是在山区修建，而且随着现楚，预测可能要犯大错误。但是，对于条件已经基本查代勘测施工技术的不断发展与成熟，大部分都采用特清的拟建隧道区，如果计算模型选得不正确，其预测长隧道形式。隧道开挖后，由于原有围岩体中地下水效果同样也不好。无论预测结果偏小还是偏大，都将的渗流条件受到人为破坏，所以经常发生较大规模的给工程的可行性论证、设计及施工带来巨大损失。这涌水现象，给隧道施工带来了严重影响，甚至会造成在以往有不少教训：如果预测量偏大，可能使得已设计较大的经济损失和人员伤亡。在石灰岩地区，隧道涌的既经济又方便的线路改道，或者使得设计

4、防水系统水突水现象更为常见，对其进行预测与控制的研究显更加复杂化，不仅会浪费大量的人力、物力及财力，而得尤为重要。且浪费宝贵的建设时间；另一方面，如果预测量偏小，根据对已施工的铁路、公路隧道涌水实际情况的则可能使工程在施工过程中发生灾难，甚至使得已建初步统计，施工前预测的涌水量和施工过程中实际涌成隧道不能投入使用。因此，隧道涌水预测研究任水量相差小于20％的仅占15％，误差在20％～80％重而道远。目前，隧道涌水量的预测方法主要有：地下之间的占60％，误差超过80％的达25％以上，部分隧水动力解析法、水均衡法、经验公式法、水文地质

5、比拟道的预测误差竞达到数十倍。如襄渝线大巴山隧道预法、降水入渗法以及非线性理论方法等。计涌水量为4．14万m／d，施工时最大涌水量为20．55本文采用水文地质数值模拟法对某隧道工程进行万m／d；川黔线娄山关隧道预计涌水量为6．0万了实例研究，并与地下水动力解析法的结果进行比较。m／d，施工时最大涌水量为19．20万m／d；贵昆线岩1基本原理脚寨隧道预计涌水量为0．66万m／d，施工时最大涌水量为10．08万m／d。造成上述结果的原因是多方隧道涌水的直接原因在于隧道高程低于地下水面的，但归纳后可分为两个方面：①水文地质条件未位，即穿

6、越了含水岩层。当隧道开挖至地下水位后，一收稿日期：2015一O5—03作者简介：徐承宇，男，硕士研究生，研究方向为工程地质学。E—mail：1211293011@qq．eom48人民长江般就会发生大量涌水现象。随着隧道不断掘进以及涌旦[K]+旦[：Oh]+g=sOxOz出水的继续，地下水位会逐步下降，涌水量也逐步下降。当地下水位下降至隧道高程时，则涌水量逐渐趋于稳(，z)E力，t>0h(，，0)=h。(，)定，大量涌水的过程基本终止。h(，，t)=h1(，，t)数值模拟的思路为：首先建立隧道开挖前的稳定(，z)∈Fl，t>0(2)

7、流模型，并利用钻孔探测数据以及泉水流量对模型进行识别，使稳定流模型能较好地符合隧道开挖前的水Kx_Ohc。s(n，)+K_O=_hc。s(n，z)一g：0dxdz文地质条件。然后以稳定流模型作为隧道开挖非稳定(，)∈F2流模拟的初始条件，进行隧道开挖过程中和之后的涌水量模拟，得出隧道的最大涌水量Q。和正常涌水量h(，Z，t)=z(，)∈F0，t>0Q。[43。式中，h为水头；K、K：为渗透主方向渗透系数；q为垂2隧道涌水量数值模拟方法直方向补给量；F为无压面；n为第二类定流量边界的外法线方向。地下水的渗流方程反映了地下水在裂隙介质

8、中运应用变分有限单元法对上述定解问题进行求解，动的普遍规律，对于具体的裂隙岩体系统，可结合初始具体步骤如下。条件和边界条件建立裂隙岩体中地下水渗流数学模(1)将整个渗流区域的泛函数表示为各单元型，并用数学方法求解，以达到对裂隙岩体水力学特性泛函数之