巖石地層地鐵區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)防排水技術(shù)研究

巖石地層地鐵區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)防排水技術(shù)研究隨著隧道及地下工程的發(fā)展,越來越多的地下結(jié)構(gòu)在施工和使用過程中,時刻都受到地下水的危害。多年來,人們在與地下水長期斗爭中,積累了豐富的經(jīng)驗,總結(jié)出了“防、排、堵、截相結(jié)合,因地制宜,綜合治理”的隧道和地下工程防水原則,使隧道和地下工程防排水技術(shù)有了較快的發(fā)展。許多隧道和地下工程既要求結(jié)構(gòu)型式經(jīng)濟合理,又要求不滲、不漏,而地下工程的地質(zhì)條件十分復(fù)雜,在修建過程中不同程度地受到地下水的影響,這就要求設(shè)計單位進行合理的防排水設(shè)計,選擇合理的結(jié)構(gòu)型式,合理的防排水方法和材料,從而達到良好的技術(shù)經(jīng)濟效益。國內(nèi)目前正在建設(shè)或已經(jīng)建成地鐵的城市,大部分為土質(zhì)地層,鑒于土層的強透水性以及排水造成的環(huán)境影響較大,因此均采用全包防水的系統(tǒng),且地鐵設(shè)計規(guī)范也是主要根據(jù)土層地質(zhì)城市的地鐵建設(shè)經(jīng)驗編寫的,明確要求以防為主。然而對于像青島、重慶這樣的巖石地質(zhì)為主的城市,地層含水量和滲透系數(shù)均小,如果依然按照規(guī)范和傳統(tǒng)的防水模式進行結(jié)構(gòu)設(shè)計(結(jié)構(gòu)全外包防水,考慮全水頭壓力),已經(jīng)不合時宜了。根據(jù)實際情況,青島地鐵3號線工程車站及區(qū)間隧道約50～60%位于中～微風(fēng)化巖層中,圍巖整體性好,裂隙不發(fā)育,且地下水量為貧～極貧,隧道及地下工程涌水量較小,具備設(shè)置排水型隧道、防排水結(jié)合型隧道以及噴錨永久襯砌的可能性。所以,為了充分利用青島地區(qū)硬巖的地質(zhì)特點,應(yīng)尋求一種合理的結(jié)構(gòu)型式及防排水方案,從而減小工程量,降低工程造價,達到良好的技術(shù)經(jīng)濟效益。因此,針對于青島地區(qū)的地質(zhì)特點和國內(nèi)地鐵相關(guān)規(guī)范的缺陷,開發(fā)適用于青島地鐵車站及區(qū)間隧道的安全、可靠、經(jīng)濟合理、耐久性好、可維護的防排水系統(tǒng)是當(dāng)務(wù)之急。該防排水系統(tǒng)具備多道設(shè)防、安全、可靠的特點,同時具備后期運營期間的可維護性?；诖?本文通過理論分析,數(shù)值模擬以及現(xiàn)場實測等手段,對巖石地層隧道防排水系統(tǒng)進行了研究,主要有以下結(jié)論:(1)全面考慮巖石質(zhì)量指標(biāo)、節(jié)理數(shù)、節(jié)理粗糙度、節(jié)理蝕變、水以及地應(yīng)力6種因素時,采用Q系統(tǒng)的圍巖分級對我國隧規(guī)法的圍巖基本分級進行重新分級,經(jīng)計算比較得到隧規(guī)法的Ⅰ級圍巖包含了Q系統(tǒng)的1～8類圍巖,Ⅱ級圍巖包含了Q系統(tǒng)的1～9類圍巖,Ⅲ級圍巖包含了Q系統(tǒng)的1～9類圍巖,Ⅳ級圍巖包含了Q系統(tǒng)的4～9類圍巖,V級圍巖包含了Q系統(tǒng)的7～9類圍巖。針對青島地鐵3號線的實際情況進行詳細的分級,對每類級別的圍巖采取相應(yīng)地支護措施,考慮的因素更全面,與實際地質(zhì)條件結(jié)合的更緊密。而且以Q系統(tǒng)圍巖分級為基礎(chǔ)的支護措施能夠與實際地質(zhì)條件更匹配,而且選擇更加靈活,可操作性強。(2)以地下水動力學(xué)法為理論基礎(chǔ),建立了適合于礦山法地鐵隧道的滲流分析模型是較為符合實際工程情況的。經(jīng)過實際工程的驗證,模型具有較好的準(zhǔn)確度和較強的實用性,工程技術(shù)人員應(yīng)用起來也較為便利。相比以前傳統(tǒng)的隧道涌水量計算公式,本次研究得出的公式充分考慮了巖土兩種介質(zhì)的差異性,建立模型時也區(qū)分了潛水層模型和裂隙水地層模型,使得模型的滲流規(guī)律更符合實際情況。(3)基于對穩(wěn)定潛水含水土層特性的分析,創(chuàng)新性的提出公式等效滲透系數(shù)的取值方法,該方法將土層作為穩(wěn)定的含水體,土層不參與等效滲透系數(shù)的計算,并通過實際工程驗證了方法的合理性。同時,該理論公式盡管是從圓形的模型中推導(dǎo)得出的,但是在低水頭的情況下(地鐵隧道),隧道涌水量對各種不同形狀的敏感性不強,在不同形狀的隧道中分析得出的數(shù)值差異不大,因此,公式對于低水頭的地鐵隧道是完全適用的。(4)隧道周邊圍巖注漿對隧道涌水量的影響比較大,同時也對隧道的防排水系統(tǒng)的設(shè)計影響較大。單純的圍巖注漿,雖然可以達到堵水的目的,但并不能保證襯砌結(jié)構(gòu)的安全。在襯砌完全封堵的情況下,且圍巖內(nèi)不存在滲流時,不論圍巖、注漿圈滲透系數(shù)的大小,襯砌背后最終承受靜水壓力;當(dāng)圍巖內(nèi)存在滲流場時,隧道圍巖內(nèi)有水頭損失,襯砌背后的水壓力要略小于靜水壓力。因此隧道防排水應(yīng)采取“以堵為主,限量排放”的原則,采取切實可靠的設(shè)計、施工措施,達到防水可靠、排水暢通、經(jīng)濟合理的目的。通過對不同注漿參數(shù)條件下隧道滲流量以及注漿圈外水壓力情況的計算分析,可以得到以下幾點:1)注漿圈滲透系數(shù)的減小可以起到減小涌水量的目的,但注漿圈滲透系數(shù)減小到一定程度后,如km/kg≥100時,對涌水量的減小效果將減弱。在實際施工中需要在注漿的經(jīng)濟性和堵水性兩方面進行綜合分析。2)同注漿圈滲透系數(shù)的減小一樣,注漿圈厚度的增大也可以達到減小毛洞涌水量目的,并且注漿圈厚度也存在一個合理的厚度,rg≥3m時無論繼續(xù)增大注漿圈半徑還是減小注漿圈滲透系數(shù)對隧道涌水量的控制效果已經(jīng)很不明顯。3)對于不同的注漿圈厚度,隨著圍巖滲透系數(shù)與注漿圈滲透系數(shù)比值的增大,隧道內(nèi)涌水量減小,各部位孔隙