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| 地下水对山岭隧道施工的影响及应对措施研究 摘 要 随着我国基础设施建设的不断发展，隧道由于直线连接两地之间，不占用地面空间等优势得到了快速发展。但是，许多因素影响着隧道工程的质量，其中地下水就是一种最为突因素，由地下水引起的隧道问题由来已久，在隧道施工时，经常发生突水，涌水等次生灾害，灾害一旦产生往往后果十分严重，对地下水一旦处理不当往往对隧道建设本身以及周边自然环境产生深远影响。为此，要深入研究岩石与水之间的作用关系，掌握地下水运动的规律。 本文主要以正习高速羊角拗隧道为依托，介绍羊角拗隧道在施工过程中遇到的问题以及应对措施，本文主要研究结论如下： （1）涌水事故的发生是因为新开挖的隧道改变了之前地下水的渗流途径，新的渗流场产生需要1-5年的时间，在隧道建设时应做好防水层施工，最大限度降低隧道施工对自然环境的影响。 （2）在使用BP神经元网络预测隧道涌水量时发现，隧道长度，渗透系数，水柱高度和影响半径是影响隧道涌水量大小的重要因素。在羊角拗隧道涌水量预测中，用BP神经元网络建立隧道涌水量预测模型，最大误差百分比3.19%，数值较为准确，可用于指导隧道施工。 （3）由于BP 神经网络在计算过程中不需要建立复杂的有限元模型，可以通过直接导入地质勘查数据的方式就可以得出预测结果，预测方式简单可行，可用于实际工程实际。 （4）通过计算发现，当隧道开挖前采用注浆进行预加固后，浆液充填围岩裂隙封堵渗流路径，在隧道周边形成隔水帷幕，可有效减少隧道涌水量，但随着注浆圈厚度进一步增加，渗流路径继续加长，对隧道内涌水量影响较小，注浆对改善隧道涌水量作用不明显，因此不同的注浆效果存在一个较为经济合理的注浆圈厚度。 （5）通过对注浆后围岩及衬砌的影响分析，隧道开挖前对周边地层采用预注浆加固使得围岩中裂隙被浆液充填，破碎的围岩胶结成整体，围岩的力学性质得到明显改善，通过计算分析，预注浆加固后围岩变形明显减小，而且随着注浆圈厚度的增加，注浆圈抵抗地压的能力得到进一步提升，作用在衬砌上的荷载明显减小，有利于隧道的施工和后期运营的安全。 关键词：涌水突水，神经元网络，围岩注浆，应对措施。 目 录 摘 要 I Abstract III 第1章 绪论 1 1.1研究背景及选题意义 1 1.1.1选题背景 1 1.1.2选题意义 1 1.2目前研究现状 2 1.2.1地下水动力学研究现状 2 1.2.2裂隙介质水动力学研究现状 3 1.3目前的研究过程与方法 4 1.4目前地下水对隧道施工影响研究局限性分析 5 1.5本文的研究内容以及创新点 5 第2章 地下水运动的基本规律和对隧道影响分析 8 2.1地下水分类 8 2.2地下水运动基本规律 12 2.2.1线性渗透定律 12 2.2.2非线性渗透定律 13 2.3地下水运动的基本微分方程 14 2.3.1渗流的连续性方程 14 2.3.2承压水含水层中地下水运动的基本微分方程 16 2.3.3半承压含水层中地下水运动的基本微分方程 18 2.3.4潜水含水层中的地下水运动的基本微分方程 20 2.4地下水对岩土作用分析 24 2.4.1地下水对岩体的物理作用 24 2.4.2地下水对岩体的化学作用 25 2.4.3地下水对岩土体产生的力学作用 26 2.5地下水对混泥土衬砌的影响 26 2.5.1地下水对衬砌结构的力学作用 26 2.5.2 地下水对钢筋混凝土的腐蚀作用 27 2.6本章小结 28 第3章 地下水涌水量计算及超前地质预测预报技术研究 29 3.1隧道涌水计算方法 29 3.1.1经验公式法 29 3.1.2大气降水入渗系数法 30 3.1.3比拟法 30 3.1.4基于BP神经元网络对隧道涌水量预测 31 3.2超前地质预报技术 43 3.2.1TSP203超前地质预报系统 43 3.2.2地质雷达 44 3.2.3超前钻孔探测 45 3.2.4超前探水 45 3.2.5全断面地质素描 46 3.3本章小节 46 第4章 正习高速羊角拗隧道渗流模型分析 47 4.1工程概况 47 4.2地质构造 47 4.3隧址区工程地质条件 48 4.3.1地形地貌 48 4.3.2地层岩性 48 4.4水文地质条件 51 4.4.1地下水 51 4.4.2地表水 53 4.4.3水的腐蚀性评价 53 4.5气象条件 53 4.6地质构造及不良地质现象 54 4.7岩体渗流场分析数学模型 55 4.7.1 GTS软件的介绍 56 4.7.2 隧道围岩本构模型的选择 56 4.7.3 正习高速公路十六标羊角拗隧道渗流模型 58 4.8数值模拟结果分析 60 4.8.1 模拟结果分析 60 4.8.2超前加固对隧道开挖影响分析 73 4.9小结本章 77 第5章 羊角拗隧道地下水处理预案措施 78 5.1结构自防水措施 78 5.1.1洞外防排水 78 5.1.2结构防排水 78 5.2地下水突水段施工措施 79 5.2.1灰岩段突泥突水施工 79 5.2.2老窑突水的处理 80 5.3溶洞处置措施 80 5.3.1发育规模较小溶洞的处治 81 5.3.2发育规模较大溶洞的处治 81 5.3.3溶洞水的处理 81 5.4本章小节 82 第6章 结论和展望 83 6.1结论 83 6.2后续工作展望 83 |
