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原文传递山区富水公路隧道泄水洞与主洞排水功能相关性分析

论文题名：	山区富水公路隧道泄水洞与主洞排水功能相关性分析
关键词：	泄水洞;排水功能;空间布局;注浆状态
摘要：	山岭隧道富水地层内，施工时突水涌泥事故屡见不鲜，运营期则易引发各种水害。因此，洞外辅助排水措施应运而生，增设泄水洞是典型方式之一，但相关研究较匮乏，特别在前期勘察阶段，由于隧址区水文地质信息掌握不全，泄水洞的建设有一定的滞后性；其次，泄水洞的尺寸、与主洞的空间关系、泄水洞服务效能等均无相关规范、标准指导，致使泄水减压功能缺乏理论支撑；再则，泄水洞类的洞外辅助排水方式存在过度排放的风险，对隧址区水环境具有负效应。由此，多方面因素导致泄水洞设计无定量数据支撑而严重滞后实际生产，设计上的经验主义隐含着不安全、不经济等诸多问题。为此，依托贵州省纳雍至晴隆高速公路（简称：纳晴高速）下坝隧道，以实地调研隧址区水文地质为切入点，通过评估隧道潜在突涌水风险，研讨增设泄水洞的必要性；采用理论分析、数值试验及现场试验等研究手段剖析泄水减压功能，并基于数值试验提出关于泄水洞的控制排放措施。主要研究内容及成果如下：　　（1）通过隧址区长期降雨量观测、水文地质钻孔、泉域流量监测等实地水文地质勘测手段，获取关键水文地质参数，依据水文地质分区概念对地下水系统进行划分，定性分析隧道不同区段涌水风险；基于地下水均衡法原理，采用大气降雨入渗法、地下水径流模数法预测隧道涌水量，结合类似工程定量分析涌水危害等级；综合分析隧道沿线不良水文地质因素。由此，研判增设泄水洞的必要性。　　（2）基于井流理论和镜像法原理，构建了多洞室渗流场的二维计算理论模型，与有限差分原理的数值模型进行对比，结果一致性较好，据此探明了泄水洞对主洞的泄水减压机理；分析了泄水洞位置、水文地质因素（水头、围岩渗透系数）、主洞支护抗渗因素（注浆圈、初期支护渗透系数）与泄水洞功能的相关性；揭示了泄水洞“超排”问题，研讨了泄水洞注浆、控制洞径的“减排”效果。　　（3）为考虑实际情况下排水垫层内流体特性，构建了兼备排水系统的运营期隧道三维数值模型，并考虑流固耦合效应，以主洞排水量和二衬外水压为响应指标，探明了泄水洞与不同主洞防排水系统的匹配度；在理论解析解基础上，进一步揭示了泄水洞空间布局与注浆状态对泄水洞功能和排放量的均衡效果，提出了注浆减排措施的适用范围。　　（4）基于注浆减排研究成果，提出了一种泄水洞“局部排水”的理念，设计了泄水洞“限面排放”和“集中型限线排放”两种减排结构，通过数值仿真检验了减排效果，在优化泄水孔布设位置、长度及纵向间距等设计参数的基础上，研创了一种基于“分散式局部排水”理念的分散型线排放减排结构，既能保障泄水洞对主洞的服务功能，又能有效降低自身排水量，且该结构灵活性较高，可通过调节泄水孔长度来定向调节泄水减压效果和减排效果。　　（5）通过实测现场初支外水压、收集施工期泄水洞与主洞的涌水数据，结合理论分析及数值试验研究结论，多维定量揭示了泄水洞的实际泄水减压功能。
作者：	赵昌杰
专业：	土木水利
导师：	饶军应
授予学位：	硕士
授予学位单位：	贵州大学
学位年度：	2023