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基于植被保护的隧道地下水限量排放研究

基于植被保护的隧道地下水限量排放研究

作者：阳元光重庆交通大学

学位级别：硕士

我国近几年交通领域发展迅速,拓宽路网的同时也需穿越水文地质复杂的山岭地区,其中不可避免的碰到高水压富水岩层。以往在山岭隧道的修建过程中为减少衬砌外水压,提高隧道耐久性,更多采用以排为主的地下水处理措施,该方法虽然有利于隧... 详细信息

我国近几年交通领域发展迅速,拓宽路网的同时也需穿越水文地质复杂的山岭地区,其中不可避免的碰到高水压富水岩层。以往在山岭隧道的修建过程中为减少衬砌外水压,提高隧道耐久性,更多采用以排为主的地下水处理措施,该方法虽然有利于隧道结构,但易导致地下水被疏干,破坏隧址区生态环境,如今限量排放的防排水设计理念被广泛采用,允许通过隧道的排水系统限制地下水排放,既能减少隧道结构潜在安全隐患,又能保护隧址区生态环境。本文从生态环境切入,对研究地区植被资源进行调研分析,后采用自制试验装置进行地下水埋深与典型植被生长关系研究,确定典型植被合适生长地下水埋深,以试验地下水水位为基础,利用数值模拟软件探究隧道施工过程中对地下水系统扰动影响,研究了山岭隧道不同防排水模式、不同限排模式、不同降雨补给量、不同注浆范围及渗透系数对地下水系统的扰动规律,从植被保护的角度,提出基于植被保护的山岭隧道建议排放值,本文主要结论如下:(1)对研究地区植被资源进行研究调查,选取研究地区面积占比最高的典型植被矮蒿草、针茅作为试验对象,通过地下水埋深与植物生长关系试验发现,植被生长受地下水埋深与土壤含水率共同影响,不同地下水埋深与不同土壤含水率对植物生长控制作用有所不同,在土壤含水率低于15%时,地下水埋深控制植被生长起主要作用,地下水埋深越小越能减少植被受干旱胁迫影响出现的失水萎蔫现象,土壤含水率超过30%时,地下水埋深对植被生长影响较小,但当地下水埋深小于40cm,则会抑制植被生长;地下水埋深为60cm～80cm之间时,植被整体生长情况较好。(2)以龙藏山1号隧道为背景,结合试验所获得典型植被生长地下水埋深,通过数值模拟软件建立山岭隧道施工阶段渗流模型,分析隧道施工过程对地下水系统的扰动范围以及涌水量变化情况,隧道施工会对渗流场产生较大影响,地下水位难以恢复,降雨入渗对隧道施工期及运营期渗流场的影响规律,探究降雨补给对地下水系统补给范围深度。(3)分别研究地下水在全封堵、全排放、限量排放等不同防排水模式下对隧道施工阶段地下水涌水量变化规律、地下水位降深变化规律以及地下水系统扰动范围变化,分析了不同防排水模式对隧道运营阶段渗流场影响规律。探究注浆加固措施对隧道施工期间渗流场影响规律,分析不同注浆范围、不同注浆渗透系数对地下水系统的扰动范围变化、地下水降深变化、地下水位恢复情况,以及对隧道排放量的控制效果。将现行限量排放标准与隧址区水文地质、降雨补给条件相结合,从植被保护的角度,提出基于植被保护的山岭隧道参考排放值。

关键词：山岭隧道植被保护限量排放注浆加固地下水埋深

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基于限量排放思想的隧道防排水理论技术研究

基于限量排放思想的隧道防排水理论技术研究

作者：周旻旸重庆交通大学

学位级别：硕士

隧道渗漏水是已建隧道中普遍存在的病害。渗漏水使路面湿滑，威胁行车安全;渗漏水增加洞内湿度，降低洞内设施的工作效率;在寒区渗漏水还会引发各种冻害，进一步恶化隧道运营环境。隧道渗漏水是隧道设计、施工和运营中要解决的突出问题... 详细信息

隧道渗漏水是已建隧道中普遍存在的病害。渗漏水使路面湿滑，威胁行车安全;渗漏水增加洞内湿度，降低洞内设施的工作效率;在寒区渗漏水还会引发各种冻害，进一步恶化隧道运营环境。隧道渗漏水是隧道设计、施工和运营中要解决的突出问题，隧道防排水和渗漏治理己经成为隧道工程建设的一大关键课题。目前，隧道建设己慢慢摒弃“以排为主”的理念，开始推行“以堵为主，限量排放”的新型防排水原则。本文以京广线大瑶山1号隧道为工程背景，主要对隧道限量排水技术进行以下方面的研究工作：①岩体的力学特性和渗流特性不同于一般的均匀介质。岩体赋存于一定地质环境中，经过漫长的地质构造作用，形成连续性状的岩石材料和非连续性状的各种地质结构面组成的复杂地质体。本文在分析研究各类裂隙岩体渗流理论及其基本方程的基础上，综合论述了裂隙岩体的渗流特征、结构特征以及渗流理论的发展与演变;②在调研了流固耦合相关理论及其基本方程的基础上，介绍了裂隙岩体数值模拟常用的三类模型，综合论述了地下水对岩体的作用效应，主要包括地下水对岩体的力学作用、地下水对岩石强度的弱化作用、渗流对围岩应力场的影响等。③通过采用COMSOL多物理场耦合分析软件进行数值模拟分析，介绍了大瑶山1号隧道分析模型的建立过程，讨论了各参数取值及边界条件。研究地下水位、注浆与否、注浆厚度等渗流场控制因素对渗流场、围岩应力和位移分布的影响规律，为实际隧道堵水限排时的应力与变形控制提供相应的理论依据。④通过数值模拟得知：围岩的地下水位对渗流场影响较大，注浆与否对围岩的渗流场与应力场的影响均很大，如注浆前tresca应力值约比注浆后应力值大35%，而注浆厚度、系数的改变可以明显的从各场的数值变化判断注浆堵水的效果，从而选取最合理的注浆方案，如K=1E-5m/d提升到K=1E-4m/d，z向正位移减小0.61%;负位移增大1.34%。全文内容的研究重点在于对京广线大瑶山1号隧道近地表水库注浆工程用数值模拟进行工程实例模拟，为实际工程施工选取合理方案，对该工程的施工具有积极的指导意义。

关键词：隧道限量排放渗流分析注浆效果流固耦合

春天门特长隧道地下水保护与限量排放对策技术研究

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春天门特长隧道地下水保护与限量排放对策技术研究

作者：欧阳平重庆交通大学

学位级别：硕士

随着国内交通工程事业的飞速发展以及西部大开发战略,交通工程的建设由东部沿海向西部地区转移。西部的地形地貌异常复杂,岩溶地貌分布广泛,故岩溶地区隧道的修建也日益增多,由岩溶引起的工程地质灾害对隧道的建设运营危害日益增多,其... 详细信息

随着国内交通工程事业的飞速发展以及西部大开发战略,交通工程的建设由东部沿海向西部地区转移。西部的地形地貌异常复杂,岩溶地貌分布广泛,故岩溶地区隧道的修建也日益增多,由岩溶引起的工程地质灾害对隧道的建设运营危害日益增多,其中穿越岩溶富水地区而遇到的大涌水、高水压等尤为明显。因此,对于防排水技术的研究以及岩溶隧道突涌水地质灾害的治理显得异常重要。隧道施工过程中,地下水对其的影响非常大。在过去大量的工程应用中,经常采用“以排为主”的原则对地下水进行处理,通过减小衬砌结构的外水压力来保证结构的安全。但随着时间的推移,以排为主的处理方法,不仅会降低地下水水位,打破隧址区水资源的平衡,还会造成隧址区生态环境的破坏,影响周围居民的生产生活用水。因此,对岩溶富水隧道采用“以堵为主,限量排水”的原则进行地下水的处理就显得异常重要。本文以南川-两江新区高速公路春天门特长隧道为依托工程,结合该工程水文地质条件调查资料,进行了如下研究:(1)通过注浆理论、材料及工艺等的分析研究,确定了工程具体的注浆材料和工艺。按突水量的大小,对岩溶突水提出了新的YRTF四级分类方案。(2)在前人基础上对注浆试验提出了优化的方案设计,并对岩溶突水灾害合理制定了处治对策。(3)采用MIDAS/GTS对工程中三种不同抗水压衬砌结构进行了数值模拟,得出了不同抗水压结构可承受的外水压力,为后续研究提供参考依据。(4)采用有限元软件MIDAS/GTS,模拟了春天门隧道高压富水段岩溶突水情况下,衬砌结构最不利位置处不同注浆加固圈厚度下二衬结构的受力分析,确定结构注浆圈厚度的最优值。结果表明,当遇1.0MPa突水水压时,最优加固圈厚度为1.5m;当遇1.5MPa突水水压时,最优加固圈厚度为2.0m;当遇2.0MPa突水水压时,最优加固圈厚度为2.5m;当遇2.5MPa突水水压时,最优加固圈厚度为3.0m。(5)通过基础理论推导出了注浆圈厚度、衬砌外水压力、排水量及围岩和注浆圈渗透系数等参数间的相互关系曲线。结合工程实际情况及以往的工程经验,进行了春天门隧道的排水量设计,研究得出工程的设计排水量为5 m3/(m·d)。通过基础理论研究,确定了春天门隧道采用的限量排放设计与施工技术。

关键词：岩溶富水地下水保护限量排放注浆堵水

地下水限量排放下裂隙岩体隧道渗流稳定性研究

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地下水限量排放下裂隙岩体隧道渗流稳定性研究

作者：赵培超重庆交通大学

学位级别：硕士

裂隙岩体中围岩和地下水处于一种相对平衡的状态,隧道开挖建设后,隧洞本身形成新的排水通道,地下水大量涌出,原有的渗流平衡状态被打破,从而形成了突涌水灾害。突涌水灾害对施工人员的安全和隧道周边生态环境的平衡都造成了严峻的威胁... 详细信息

裂隙岩体中围岩和地下水处于一种相对平衡的状态,隧道开挖建设后,隧洞本身形成新的排水通道,地下水大量涌出,原有的渗流平衡状态被打破,从而形成了突涌水灾害。突涌水灾害对施工人员的安全和隧道周边生态环境的平衡都造成了严峻的威胁和挑战,因此,出于安全性、经济性以及环保性等多个方面的要求,我们需要建立起一套基于生态环境保护的隧道地下水排放标准,并在此基础上对裂隙岩体的渗流稳定性进行研究,以此来对隧道的突涌水灾害实现更好的预防和处治。本文在归纳和总结国内外学者研究成果的基础上,采用了理论推导、数值模拟,试验分析以及与工程实际相结合的方式,以富水山岭隧道为对象,对基于生态环境保护的地下水限量排放标准的制定、裂隙岩体的渗流特性、渗流场与应力场的耦合机制、裂隙岩体隧道渗流稳定性的影响因素、注浆模拟堵水限排等进行了深入具体的研究,主要工作和研究成果如下:（1）研究了国内外隧道工程地下水限量排放的技术应用,基于生态环境保护的要求,结合工程实际,通过理论计算,制定了不同季节、不同围岩渗透系数、不同水位高度及不同排水量下的隧道地下水限量排放标准。（2）通过裂隙岩体试块的渗透性试验,分析得出了裂隙岩体的渗透系数与围压、孔隙水压以及应变之间的变化规律;同时,通过对裂隙岩体试块进行渗透数值模拟研究,验证其试验结果的合理性与正确性。（3）研究裂隙岩体应力场与地下水渗流场之间的耦合作用,基于离散单元法,对比分析耦合计算和非耦合计算下隧道开挖后其围岩应力场和地下水渗流场的变化情况,结果证实耦合计算的情况更为合理,因此考虑耦合作用非常必要。（4）在考虑流固耦合作用的基础上,通过控制单一变量的方法,研究节理倾角、节理间距、节理法向刚度、竖向地应力和隧道水位高度等因素对裂隙岩体隧道渗流稳定性的影响规律,为不同工况下的裂隙岩体隧道开挖提供参考借鉴。（5）运用Bingham流体模型进行注浆模拟,以工程实例为背景,在限量排放的标准下,通过对不同注浆圈渗透系数和注浆圈厚度的工况进行模拟分析,确定考虑岩体渗流与围岩稳定性条件下的注浆参数最优值。

关键词：隧道工程渗流稳定性注浆堵水流固耦合限量排放

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限量排放下的隧道地下水渗流分析

公路交通技术 2013年第6期29卷 90-93页

作者：邱利锐广东广乐高速公路有限公司广州510100

以广东某在建高速公路隧道工程为例,通过地下水渗流计算分析,确定隧道富水段注浆后岩体渗透系数,最终实现地下水的限量排放。渗流计算采用连续介质模型,主要考虑泄水孔间距、隧道承压水头以及渗透系数的变化,分析孔隙水压力分布、地下... 详细信息

以广东某在建高速公路隧道工程为例,通过地下水渗流计算分析,确定隧道富水段注浆后岩体渗透系数,最终实现地下水的限量排放。渗流计算采用连续介质模型,主要考虑泄水孔间距、隧道承压水头以及渗透系数的变化,分析孔隙水压力分布、地下水渗流路径,以及渗透系数与渗流量之间的关系,隧道富水段围岩注浆后,其渗透系数理论上不应超过2×10-5m/s控制指标的结论,可为隧道工程的安全施工提供较好的理论指导。

关键词：限量排放隧道地下水渗流

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限量排放下富水隧道衬砌外水压力计算探讨

公路交通技术 2006年第2期22卷 88-90页

作者：陈林杰蒋树屏重庆交通大学应用技术学院重庆400042 重庆交通科研设计院重庆400067

从隧道涌水量预测、水工隧洞求解衬砌外水压力常用的折减系数法等方面,通过简化模型分析隧道富水段在“限量排放”下的衬砌外水压力计算方法,并探讨“限量排放”的实施问题,得出一些有益的结论供设计参考。

关键词：限量排放富水隧道衬砌外水压力

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基于限量排放的大坡度富水隧道反坡排水技术

中国铁路 2020年第12期 191-198页

作者：赵宇全斐沈家君赵春杰高明成中铁十局集团有限公司大临铁路项目经理部云南临沧675800

大临铁路红豆山隧道2号斜井花岗岩地层施工中遇大规模涌水造成淹井,针对红豆山隧道2号斜井反坡排水规模大、时间长、距离远、高差大的特点,优化分阶段反坡排水方案,提出基于水量监测和限量排放的分阶段反坡排水技术。通过物探手段判断... 详细信息

大临铁路红豆山隧道2号斜井花岗岩地层施工中遇大规模涌水造成淹井,针对红豆山隧道2号斜井反坡排水规模大、时间长、距离远、高差大的特点,优化分阶段反坡排水方案,提出基于水量监测和限量排放的分阶段反坡排水技术。通过物探手段判断隧道前方及周边富水区的位置和规模,采用探测孔降压泄水,并动态监控涌水量变化,分析可能造成的淹井长度与时间关系,提出不同涌水量限量排放标准,建立基于涌水量监测和限量排放的排水系统安全运行体系,解决反坡排水难题,避免因突发涌水造成的再次淹井,保证了施工安全,可为同类隧道施工提供参考和借鉴。

关键词：铁路隧道大坡度长距离分阶段反坡排水水量监测限量排放

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对主要污染物实行限量排放的效果

吉林环境 1983年第3期 20-21页

作者：冯基业芦昌玉湖北省黄石市环境保护局

一九八二年,黄石市以改善环境质量为目标,对主要污染物实行了限量排放,取得了明显的环境效果。一九八二年,全市完成粉尘限量排放指标百分之一百零二,市区月平方公里平均降尘量比一九八一年减少了百分之十七点二;全市原计划每天增加废水... 详细信息

一九八二年,黄石市以改善环境质量为目标,对主要污染物实行了限量排放,取得了明显的环境效果。一九八二年,全市完成粉尘限量排放指标百分之一百零二,市区月平方公里平均降尘量比一九八一年减少了百分之十七点二;全市原计划每天增加废水处理能力六千六百吨,而实际达到了八千四百八十吨,完成工业废水限量排放指标的百分之一百二十八点五;一九八二年计划将市区交通噪声由一九八一年的七十七点四分贝(A)降低到七十五分贝(A)以内,实际降低到了七十五点六分贝(A),接近原计划要求;据大冶有色金属公司、大冶铁矿、下陆钢厂等五个单位的统计,一九八二年节

关键词：限量排放质量企业企业管理主要污染物限期治理

矿山法海底隧道水压力分布规律及限排设计研究

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现代隧道技术 2024年第1期61卷 84-95页

作者：靖一峰汪波梅洁熊文威孟庆余西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室成都610031 西南交通大学城市轨道交通学院成都611756 中国铁路设计集团有限公司天津300308

高水压及上覆淤泥层等复杂地质条件是影响海底隧道渗流特征与防排水设计的关键因素。为系统研究海底隧道周围水压分布规律及涌水量特征,基于水力学理论,推导考虑上覆淤泥层的海底隧道渗流场解析解,并建立相应的数值模型,通过与理论结果... 详细信息

高水压及上覆淤泥层等复杂地质条件是影响海底隧道渗流特征与防排水设计的关键因素。为系统研究海底隧道周围水压分布规律及涌水量特征,基于水力学理论,推导考虑上覆淤泥层的海底隧道渗流场解析解,并建立相应的数值模型,通过与理论结果的对比分析,验证数值模型的适用性和准确性。通过数值模拟,获得海域段隧道最优限量排水方案与合理泄压值,进一步探究淤泥层厚度和覆盖率等因素对隧道涌水量及衬砌背后水压力分布特征的影响规律,揭示上覆淤泥层对海底隧道渗流特征的作用机理。结果表明:(1)随着泄压值的增大,隧道排水量呈线性递减趋势,衬砌背后水压力呈线性增大;在相同泄压值条件下,随着环向排水盲管间距的增大,隧道排水量逐渐减小,衬砌背后水压力逐渐增大。(2)在淤泥厚度为12 m时海域矿山法段隧道最优限量排放方案为半包防水型式,排水方式选取“间隔6 m环向排水盲管+纵向排水盲管”,泄压值为400 kPa。(3)淤泥层厚度和覆盖率的增加可以减小排水量并在一定程度上降低衬砌背后水压力;在弱风化花岗岩与淤泥覆盖层交界处,衬砌背后水压力出现一定程度的突变,应重点考虑通过确定的淤泥层覆盖率或局部淤泥层厚度来合理优化排水系统的排水参数。

关键词：海底隧道淤泥覆盖层排水量水压力分布限量排放