第十四讲-铁路隧道涌水量计算...ppt

隧道涌水量计算技术标准,铁路工程水文地质勘察规程TB10049-2004，以下简称规程。水电水利工程钻孔抽水试验规程DL/T5213-2005水利水电工程钻孔压水试验规程SL31-2003技术手册1）铁路工程地质手册第1版铁道部第一勘察设计院人民交通出版社19752）铁路工程地质手册第2版铁道部第一勘察设计院中国铁道出版社19993）水文地质手册地质部水文、工程地质技术方法队地质出版社1978,隧道涌水量计算方法,隧道分类：非岩溶岩类隧道岩溶岩类隧道：按岩溶含水介质类型及其径流形式、接受降雨补给方式及岩溶发育强度级别分为两个类型：类和类岩溶隧道。,隧道涌水量计算方法,地下径流模数法降水入渗法地下水动力学法水文地质比拟法数理统计法流域水文模型法其它方法：评分法、同位素氚法。,地下径流模数法,适用条件：适用于非岩溶岩类隧道基岩裂隙水及类岩溶隧道。(1)计算隧道正常涌水量（Qs）Qs2.70M枯A(2)计算隧道最大涌水量（Qmax）QmaxQs式中：模比系数：多年最大降雨量/多年平均降雨量的统计标准值约等于1.50。所以，隧道最大涌水量约为正常涌水量的1.5倍。,降水入渗法,非岩溶岩类隧道基岩裂隙水及类岩溶隧道（1）计算隧道正常涌水量（Qs）QS=2.74WAQS=1000XA式中：Qs隧道通过含水体地段的正常涌水量m3/d；降水入渗系数；W多年平均降水量mm；X日平均降水量mm；A隧道通过含水体地段的集水面积km2。(2)计算隧道最大涌水量（Qmax）Qmax1.50Qs式中：Qmax隧道通过含水体地段的最大涌水量m3/d，约等于隧道正常涌水量的1.5倍；Wmax多年最大降水量mm。,降水入渗法,类岩溶隧道隧道涌水量的计算有两种方法：（1）计算方法一：Q=1000XA式中：Q隧道通过含水体地段的雨季涌水量或设计频率暴雨涌水量m3/d；降雨入渗系数；A隧道通过含水体地段的集水面积km2；地下水涌入系数；X设计频率降雨量（mm/d），计算隧道雨季涌水量或设计频率暴雨涌水量时，降雨量值必须分别采用不同的设计频率降雨量：,雨季涌水量（Qs）,设计频率降雨量的取值：由于降雨引发的涌水事故的后果以其铁路隧道风险等级标准不超过中度等级、风险接受准则为可接受准则为准；可用隧道当地气象站（或雨量站）降雨频率为2030的多年中雨或大雨降雨量的平均值，长江以南地区一般为1535mm。在宜万铁路，降雨量的安全警示值为25mm。也可选择下列二项日平均降雨量中的大值：a.多年月最大降雨量（或多年最大30日降雨量）的日平均降雨量值；b.雨季日降雨量0.1mm最长连续日数及其量的日平均降雨量值。,设计频率暴雨涌水量（Qmax）,不同的工作阶段可采用不同的设计频率暴雨量值计算隧道设计频率暴雨涌水量，如：施工阶段：与施工期相对应的重现期为五年一遇、或十年一遇暴雨量值；运营阶段：五十年一遇暴雨量值。设计频率暴雨量值的查算：a.据各省2008年版暴雨统计参数图集年最大24小时点暴雨均值和变差系数Cv等值线图查出相应的、Cv值，再按下式计算：XtHp点tKp.根据隧道所在地区历年一日最大降雨量或最大24小时降雨量进行理论频率统计，确定设计频率暴雨量。X=XcpKpXcp(Cv+1),(2)计算方法二：水电水利工程喀斯特工程地质勘察技术规程DL/T5338-2006第7.3.9条：当洞室所在的喀斯特岩层直接出露地表时，可按下式计算洞室或洞室群的涌水量：Q=1000aAHSS/(86400)式中：Q洞室或洞室群涌水量，m3/s；降水入渗系数，一般可采用0.300.60；A汇水面积，km2；Hs降水量，mm；计算时段天数；S涌入洞室水量占地下水径流总量的份额，一般为0.100.40。,洼地渗入法岩溶洼地入渗量计算,隧道位于垂直渗流带或水平径流带的季节变动带，当隧道顶部或隧道影响宽度内有大型岩溶洼地时，由于洼地底部常有漏斗、落水洞与地下岩溶形态相连，施工时如若揭穿了这些垂直岩溶形态，在枯水季节及雨季的非降雨时段，一般不会产生岩溶涌水，但在降雨时段，特别是暴雨、特大暴雨时段，大量的雨水携带泥砂通过垂直状态的岩溶形态“灌入”地下，可能会产生涌水、突泥。其涌水来源主要是区域性地下水位上升和局部“过路水”。,洼地渗入法岩溶洼地入渗量计算,洼地入渗量根据隧道中线附近顶部洼地的集水面积或洼地内的积水面积、积水时间和水位观测值等参数求得。当洼地不积水或积水不到一日时，其表达式为：Qw=1000FX式中：Qw洼地入渗量（m3/d）；,地下水动力学法,适用条件：隧道围岩为松散岩类及非岩溶岩类的隧道皆可应用该方法。岩溶隧道：适用于类岩溶隧道，即：（1）不适于计算位于地下水垂直渗流带（包气带）、地下水位季节交替带（季节变动带）、水文网排泄作用范围内的水平径流带（完全饱和带）内岩溶隧道的涌水量；（2）对位于不受附近水文网直接影响的深部循环带内的隧道涌水量可按其水文地质概念模型及相应的水文地质数学模型进行预测；（3）裂隙岩溶含水体隙流含水体，在同一水文地质单元内，有统一的地下水位。,地下水动力学法,计算方法与步骤1计算方法：隧道涌水量计算稳定流、非稳定流理论公式及半理论半经验公式可查阅规程附录D、铁路工程地质手册或水文地质手册有关章节。铁路工程地质手册第2版隧道涌水量计算式。水底隧道涌水量计算方法及计算公式详见规程条文说明说明B.3.315式。2计算步骤：确定隧道围岩含水体的水文地质边界条件：是无限含水体或是有限含水体隧道一侧或两侧有透水边界或隔水边界；根据地下水的水力类型潜水、承压水、含水体厚度有限厚或无限厚、含水体隔水底板的产状水平或倾斜、隧道工程类型完整式或非完整式、隧道进水方式隧道侧面进水、底部不进水，或隧道侧面及底部同时进水等条件合理地选定计算模型。,数理统计法相关分析法,根据气象、水文资料，建立某要素（可以是主要影响因素）与隧道内地下水动态要素之间的关系，如：相应期降水量与隧道涌水量动态相关；相应期降水量与地下水压动态相关；前期降水量与后期隧道涌水量相关等。在报知相关要素（如降水）以后，代入回归方程式计算，推算其未来时刻地下水动态要素（隧道涌水量、水压动态）的变化。相关分析的主要任务是：一是解决变量（如:涌水量、降雨量）之间的联系形式（即建立回归方程）；二是判别变量之间的联系密切程度，以便找出一个统计量（复相关系数及拟合度），来客观地反映回归方程的使用价值。,数理统计法相关分析法,第一，它可用来分析隧道涌水量与降雨量因素之间关系，区别降雨量的主要影响因素与非主要影响因素预测涌水量趋势；第二，回归分析对降雨量因子挑选有较大的余地，允许较多地考虑各种可能的影响因子建立多元回归方程，利用逐步回归方法，更可优选各回归方程，使涌水量评价进一步完善；第三，利用Excel或SPSSSPSS15.0forWindows软件计算方便，可操作性强，评价结果易于验证，以及可以依据涌水量、降雨逐日观测资料对回归方程进行随时修正，使其趋于实际便于检查的特点。适用条件：预测施工或运营阶段岩溶隧道内涌突水点的涌水量水压近期变化趋势。据宜万铁路多个岩溶隧道降雨隧道涌水相关预测的实践，相关分析法对雨季、特别是大雨、暴雨雨后隧道涌水变幅的预测，往往能获得比较满意的结果。,数理统计法相关分析法,多元线性随机模型的建立根据隧道涌水量、降雨量的长观资料，建立多元线性随机模型，作为预测隧道涌水量变化趋势的依据。Yb0+b1X1+b2X2+bmXm多元线性回归方程的验证对多元线性回归方程进行验证的目的是判别变量（涌水量、水压、降雨量）之间的联系密切程度，可通过复相关系数R、拟合度R2、显著性水平F三项指标，来客观地反映回归方程的使用价值。（1）复相关系数R（2）拟合度R2（3）显著性水平F：F0.000,数理统计法相关分析法,隧道涌水量变化趋势预测建立样本回归方程并通过统计检验后，就可以利用样本回归方程进行预测。预测就是给定自变量的特定值，利用样本回归方程对因变量的值进行估计。,水文地质比拟法,根据已研究或有长期观测记录的既有隧道、矿井坑硐、隧道已施工的掘进段涌水资料，可以估算水文地质条件与其相似的隧道涌水量。所谓“水文地质条件相似”，系指气候、地形地貌、植被、地质条件岩性、构造、地下水动力性质、含水体岩性含水介质类型、补给、径流、排泄以及渗透性等大体相似。,流域水文模型法,宜万铁路多个隧道遭遇岩溶地下河系统，隧道袭夺了地下河原径流途径，岩溶地下河水成为隧道涌水最主要的水源。这些岩溶地下河系统通常以岩溶管道和岩溶洞穴大型溶腔等多种岩溶空隙介质体为主，其形态结构和地表河流具有一定的相似性，符合地表水系的发育、形成和演化规律；地下河流量动态变化特征与地表水流亦具有很好的相似性，都具有流量大、流速快、洪峰在数小时内完成的特点。隧道施工进程中，实时涌水洪水预报、提高洪水预报系统精度和增长预见期是施工阶段防洪减灾、安全生产的核心。但是，运用传统的水文地质隧道涌水量预测方法来实现岩溶隧道涌水峰值及涌水径流的水文过程，无论在理论、方法和技术手段等方面都遇到了挑战。,流域水文模型法,适用条件：类岩溶隧道。即与隧道有联系的地下河流域岩溶强烈发育；岩溶含水介质管道化程度较高；其流量动态对降雨十分敏感。计算方法流域水文模型的理论基础就是产流、汇流计算。计算步骤如下：确定流域参数；设计暴雨；用瞬时单位线方法计算地面径流及地下径流；将各时段的地面径流叠加相应时段的地下径流，即得到全部设计洪水过程。,其它方法：评分法、同位素氚法,评分法同位素氚法,隧道涌水量计算精度级别及允许误差,隧道涌水量计算精度的级别隧道涌水量计算精度可分为五级：A、B、C、D、E级。隧道涌水量计算的允许误差（）计算的隧道涌水量的允许误差与隧道涌水量计算精度级别相对应，分为五级：1）验证的A级隧道涌水量允许误差为小于20；2）查明的B级隧道涌水量允许误差为2040；3）控制的C级隧道涌水量允许误差为4060；4）推断的D级隧道涌水量允许误差为6080；5）估算的E级隧道涌水量允许误差为8090。,隧道涌水量计算的评价,隧道涌水量计算方法及计算公式的选择：列举采用的隧道涌水量计算方法及计算公式。隧道涌水量计算参数的确定：说明各计算参数的来源及其数