不同防排水模式對富水隧道襯砌的影響

孫亞朋

（中鐵十九局集團第三工程有限公司，遼寧 沈陽 110136）

在我國，針對不同防排水模式對富水隧道襯砌的影響研究中，普遍停留在理論層面，創新程度低，在實際應用中無法達到預期的效果，證明研究仍然存在很大程度上的局限性［1］。針對富水隧道襯砌的相關問題研究中，由于不同防排水模式影響富水隧道襯砌施工安全的問題屢見不鮮，常見的包括：導致富水隧道襯砌出現地基不穩的情況，進而導致富水隧道襯砌施工的安全性受到威脅。在針對此問題的研究中，大量文獻表明研究不同防排水模式對富水隧道襯砌的影響是確保富水隧道襯砌施工質量的先決條件。基于此，本文提出不同防排水模式對富水隧道襯砌的影響研究，致力于為富水隧道襯砌方面的設計提供新思路。本課題最終的研究目的在于通過研究不同防排水模式對富水隧道襯砌的影響，明確富水隧道襯砌最適宜采用的防排水模式。

1 不同防排水模式對富水隧道襯砌的影響

在本文進行的不同防排水模式對富水隧道襯砌的影響研究中，通過在富水隧道襯砌施工區域設置監測點的方式進行研究。本文設定富水隧道襯砌施工區域監測點的主要位置包括：富水隧道拱頂、拱腰、邊墻、拱腳以及仰拱五個監測點，并結合數值模擬方法主要針對不同防排水模式對富水隧道襯砌的兩點主要影響進行分析。具體研究內容，如下文所述。

1.1 改變富水隧道襯砌注漿圈滲透系數

在分析不同防排水模式對富水隧道襯砌注漿圈滲透系數的具體影響中，必須預先明確不同防排水模式與富水隧道襯砌注漿圈滲透系數之間的相關性。在本次研究中，為保證研究結果的有效性，只采用不同防排水模式作為研究的自變量，不設置任何排水設施。在不同防排水模式對富水隧道襯砌注漿圈滲透系數的影響中，最關鍵的影響在于不同防排水模式對注漿圈厚度帶來的影響，能夠直接改變富水隧道襯砌注漿圈滲透系數，是引發富水隧道襯砌地下水滲透的主要誘因［2］。本文通過計算不同防排水模式下富水隧道襯砌注漿圈的厚度，進而確定不同防排水模式對富水隧道襯砌注漿圈滲透系數的具體影響。本文采用塑性模型組的摩爾-庫倫模型模擬，假定流體在巖體中的流動服從Darcvy定律，用注漿圈的厚度描述富水隧道襯砌注漿圈滲透系數；再用滲透系數描述富水隧道襯砌圍巖的滲透性能。首先，計算富水隧道襯砌注漿圈的厚度。設不同防排水模式下富水隧道襯砌注漿圈的厚度為S，則其計算公式，如公式（1）所示。

在公式（1）中：H指的是不同防排水模式下，富水隧道襯砌施作后涌水量；k指的是不同防排水模式下，富水隧道襯砌內的水力勢；r指的是不同防排水模式下，富水隧道襯砌內的滲流力；g指的是富水隧道襯砌外徑；l指的是富水隧道取襯砌內徑；c指的是采用的防排水模式。結合公式（1）計算結果，可得出不同防排水模式下富水隧道襯砌注漿圈的厚度。在此基礎上，計算不同防排水模式下富水隧道襯砌注漿圈滲透系數。設富水隧道襯砌注漿圈滲透系數為P，則其計算公式，如公式（2）所示。

在公式（2）中：γ指的是不同防排水模式對富水隧道襯砌圍巖滲透系數；Q指的是富水隧道襯砌注漿圈彈性模量；R指的是富水隧道襯砌注漿圈的泊松比。通過公式（2），得出富水隧道襯砌注漿圈滲透系數，明確不同防排水模式作為影響富水隧道襯砌注漿圈滲透系數的主要自變量。根據上文計算出的不同防排水模式下富水隧道襯砌注漿圈滲透系數，可以發現在其他參數一定的情況下，根據c的具體數值與P數值之間的變化關系，即可分析出不同防排水模式對富水隧道襯砌注漿圈滲透系數的具體影響程度。采用P的數值不超過0.5時的防排水模式用于富水隧道襯砌，保證富水隧道襯砌安全性。

1.2 影響富水隧道襯砌水壓力

本文通過計算不同防排水模式下富水隧道襯砌的水壓力，分析不同防排水模式對富水隧道襯砌水壓力的影響。設不同防排水模式下富水隧道襯砌的水壓力為M，則其計算公式，如公式（3）所示。

在公式（3）中：σ指的是任意監測點的水頭高度，單位為cm；v指的是注漿圈外表面和襯砌背后水壓力作用系數；t指的是注漿圈外表面和襯砌背后水壓力數值模擬計算值。結合公式（3）計算結果，統計不同防排水模式下富水隧道襯砌的水壓力及定變量［3］。得出結論為：水壓力作用系數不同于水壓力折減系數，不同防排水模式下水壓力作用系數可用于描述隧道襯砌水壓力的實際值與理論靜水壓力之間的差距。與此同時，結合具體的富水隧道襯砌施工經驗，致力于將M的取值最小化。富水隧道襯砌水壓力數值越大證明該防排水模式下對于富水隧道襯砌造成的水壓力影響也就越大，發生富水隧道襯砌地下水滲透的幾率也就越高。因此，一方面，在富水隧道襯砌的過程中，由于不同防排水模式導致富水隧道所受的支撐力改變，富水隧道中間部位產生向下的彎曲變形，上覆土體受到拉張，水壓力減小，富水隧道端部向上翹曲，上覆土體受到擠壓，富水隧道兩端頂部土壓力增大；另一方面，在富水隧道襯砌的過程中，由于不同防排水模式導致富水隧道上部的土體形成拱，在加上富水隧道的剛度影響，改變了透水層的厚度，富水隧道變形滯后于流體在巖體中的流動速度，富水隧道底部會產生一定程度的脫空，水壓力降低。與此同時，將富水隧道周圍水壓力的自重轉移到了兩側土體中，致使富水隧道邊緣的水壓力均增大。由于富水隧道襯砌水壓力需要一定的時間積累，因此在富水隧道襯砌施工過程中，可使用有限單元遞增法，計算每一段假定時間內的富水隧道襯砌水壓力，記錄當下產生的涌水量以及相同時間段下的排水量。探索不同防排水模式下富水隧道襯砌施工產生的涌水量以及相同時間段下的排水量，保證涌水量必須小于排水量，將富水隧道襯砌水壓力控制在允許范圍內。

2 結語

本文通過不同防排水模式對富水隧道襯砌的影響研究，為進一步提高富水隧道襯砌的安全系數，必須掌握不同防排水模式對富水隧道襯砌的影響。在此基礎上，對富水隧道襯砌采用科學的、與之匹配度最高的富水隧道襯砌。通過以上研究結果，證明了該分析結果對于富水隧道襯砌施工安全發展的重要意義。