排水斜孔参数的探究

在陡倾角裂隙岩层内用斜孔排水是好方法。排水斜孔的空间位置由斜孔方位（倾向）、倾角和斜深3个要素来确定。前述大量研究资料表明，在相同或相似地质构造背景中，在相似岩性和相似组合关系的岩组内，岩体结构面的产状、分布密度、裂隙宽度、走向与倾向长度也是相似的，这里的888.485m长的排水隧洞，都处于狂口背斜的北东翼上，属于同一地质构造背景。

（一）排水斜孔方位的优选

按岩性和不同岩性的组合关系，可将该排水洞分成岩组和断层及其影响带4 个相对均质区。用GJMZ 程序，分别计算出各相对均质区的最优排水斜孔方位。

为了在狭小的空间内便于施工，在排水隧洞的顶拱部分，采用了倾角60°的斜孔；在排水隧洞里侧壁部分，拟采用倾角45°的斜孔排水。顶拱排水孔的方位可从NE30°、SW210°两个方位中选择，侧壁排水孔的方位可从SW260°～SW300°几个方位中选择。在不同岩组内的不同产状排水斜孔的效益系数计算成果如表14-2 所示。从表列的资料中，从各岩性区都可选出效益系数较大的排水斜孔方位（表中画底线的数字）。经和有关部门研究，在上游边坡排水隧洞内，只选用了具有代表性的两种产状的排水斜孔，即在顶拱上选用了210°∠60°的排水斜孔；在里侧壁上选用了265°∠45°的排水斜孔。

表14-2　斜孔排水效益系数计算成果表

（二）排水斜孔倾角的确定

排水斜孔的最优方位和斜孔倾角是同时确定的。斜孔方位主要是根据与水径面倾向相向的原则而选定的，因此在大多数水径面倾角陡于45°的情况下，斜孔倾角愈缓，它穿越水径面就愈多，其排水效果就愈好。如果水径面是直立的，铅直孔极大可能是穿不到水径面的。当斜孔的倾角为零时（水平钻孔），它可以穿越水平孔所及范围内的所有水径，其效果是最好的。

利用GJMZ程序，计算了排水隧洞0+236.3～0+299段岩组中斜孔的排水效果（图14-5）。从图中可以看出，斜孔倾角愈陡，排水效果愈差；斜孔倾角愈缓，排水效果愈好。

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图14-5　斜孔比铅直孔多遇裂隙的倍数（η）

图14-6　排水斜孔深度示意图

x、y、z—三维坐标轴（；H）—斜孔孔口高程处的水平面；DE—洞壁走向线；B—斜孔孔口点；BC—斜孔水平方位；α—斜孔倾角；AB — 斜孔斜深度；A — 地下水位；AC —需降低的地下水深度

一般来说，斜孔倾角愈缓（钻进难度增加），其单位钻进进尺的造价就愈高，但它的增量和排水效益的增量相比，其所占份额要少得很多。

考虑到排水隧洞内施钻场地狭小，要求排水深度较深等原因，我们在隧洞顶拱上选用了倾角60°的斜孔排水；在上游洞壁上选用了倾角45°的斜孔排水；在有承压水的洞底部采用了铅直孔排水。后来，对后者进行了补算发现，若选用与上游洞壁相同的斜孔参数，其效果要比铅直孔的效果好得多。

（三）排水斜孔深度的确定

位于排水隧洞顶拱和洞壁内的排水斜孔的斜深度，决定于需要降低地下水位的深度和斜孔倾角的陡缓。位于排水隧洞底板上的排水孔，只能排除承压水头高过排水隧洞底板水深以上的那部分承压水头。

洞顶排水斜孔的顶端高程应等于工程运转后预测的最大地下水位标高；洞壁上的排水斜孔的顶端高程应高于至少等于顶拱斜孔的孔口标高；洞壁排水斜孔的孔口标高应低于需要降低地下水位的最低标高。由图14-6可以看出，无论是一层或多层排水，需要降低的地下水位值，除以sinα所得值即为排水斜孔的斜深度。

在这里还需要着重说明的是，铅直孔在陡裂隙含水层内排水效果固然不如斜孔的排水效果，但要使斜孔达到百分之百的排水效果也是不可能的。因而在确定斜孔深度时，还要乘以大于1的安全系数。