用新方法设计地下厂房围岩地下水排水孔

用常规方法设计的地下厂房围岩地下水排水孔，分为厂房顶拱排水与边墙排水两部分。一种是全新的设计思想；另一种是为了便于和常规设计方法所设计的排水的效果进行对比，新的设计方法，把地下厂房围岩地下水排水，同样也分为如前所述的两部分。这里所谓的新方法主要指排水斜孔产状的优选，其他方面仍沿用常规方法。

（一）顶拱围岩的地下水排水

用常规方法设计的顶拱围岩地下水排水钻孔倾向分为倾向NE80°和倾向SW260°两部分；排水钻孔倾角分别为90°、77.34°、67.50°、64.68°、50.04°和45°等6 种。

编制三维GJM程序时，为了使程序简化，把凡有仰向、仰角的排水斜孔一律转换成倾向与倾角。如仰向为NW315°，可转换为倾向SE135°，仰角与倾角两者是相等的。

（1）顶拱中间的铅直孔。本书所研究的大量资料表明，铅直孔的排水效益系数只能等于1，而斜孔只要用本书介绍的新方法进行优选，排水斜孔的效益系数都要比铅直孔大得多。著者认为，除非优选不出较优的斜孔，才可使用铅直孔排水，但无论如何都要经历优选计算阶段。

（2）77.34°倾角的排水斜孔。77.34°倾角的排水斜孔，它与顶拱开挖面是垂直的。如把优选扩大到以77.34°倾角为主轴、顶角120°的范围内（即优选斜孔与岩壁表面夹角等于或大于30°），在一般情况下，都会找出效益系数较高的斜孔来。

对于其他顶拱不同倾角的钻孔，都以它们为“伞轴”，它们的效益系数与伞轴周围的伞形孔群中的每个比较孔的效益系数进行比较，从中优选效益系数最大者为选中排水钻孔。用该方法对主轴孔（或标准孔）、比较孔用效益系数来进行评价。在绝大多数情况下，最优孔在比较孔中，但在个别情况下，比较孔中找不出比主轴孔较优的排水孔。其实，这也等于我们达到了优选评价的目的，在此，还要顺便说一下，优选灌浆孔产状的序次，同样也适应优选排水钻孔的产状，只不过标准孔的倾向方向有差异：灌浆孔以倾向孔为好，而排水孔则以仰向孔为好。

（二）边墙围岩的地下水排水

按常规法设计边墙围岩的排水钻孔，其排距、孔深等参数已在本章第二节中有详细交待，在此不再赘述。常规设计的各排排水斜孔的仰角大都在0°～10°之间，为了便于计算，一律按仰角10°考虑。新设计方法是在与壁面垂直或略有仰斜钻孔周围，即在上下左右120°范围内选择最优的斜孔方位。或者说，斜孔仰向线与岩壁夹角大于30°的范围内优选最优斜孔方位。

图14-41　地下厂房围岩裂隙极点图

（1）地下厂房围岩内的地质结构面。我们对地下厂房内围岩中的地质结构面的产状及隙宽进行了编录，并把每条结构面的产状绘入到极点图中（图14-41）。从该图上可以看出，大量结构面的倾向集中在SE150°～SW210°之间；结构面的倾向集中在NE30°～NW310°之间，两侧极点较少，尤其倾向东侧的更少；极点倾角在80°～90°之间的占绝大多数，只有少量的极点倾角在60°～70°之间。这些极点分布特征决定着最优方位的排水斜孔的位置。

（2）不考虑裂隙隙宽的优选计算。常规法设计的排水斜孔，其倾向与岩壁走向线垂直，因此仰向上游的排水斜孔的仰向为NW260°、倾角为10°。如把仰向、仰角换算成倾向倾角的话，这个产状相当于倾向NE80°、倾角10°，按该产状可由表14-30中查知，其效益系数为4.32。(www.xing528.com)

本着优选斜孔倾向与岩壁夹角等于或大于30°的原则去优选最优斜孔方位，在NE20°～SE140°之间，在表14-30中挑选的最优方位是NE20°、倾角10°的排水斜孔，其最大效益系数为6.78°。它的2次效益系数η值为1.57。该值标志着优选的排水斜孔比常规设计的排水斜孔要多穿57%的裂隙。

表14-30　全方位优选倾角10°排水斜孔的最优方位计算表

仰向下游的下游边墙围岩的常规排水斜孔，仰向NE80°、仰角10°。把仰向、仰角换算成倾角产状，即倾向SW260°、倾角10°，用该产状可在表14-30 中查知，其效益系数为4.19；用同样原则，在表14-30 中，在SW200°～NW320°的范围内，以SW200°倾向上游的效益系数最大，可以将其作优选的方位，其效益系数为6.66。它的2次效益系数η值为1.59。该值说明倾向NE20°、倾角10°的排水斜孔，比常规排水斜孔多穿59%的裂隙。

（3）考虑裂隙隙宽的优选计算。常规设计的排水斜孔倾向与岩壁走向线成正交，因此，在上游边墙而倾向下游侧（倾向为NE80°）的常规排水斜孔，其仰角10°（亦为倾向下游的倾角10°孔），其效益系数由表14-31 中可以看出，其效益系数为1.64；倾向NE20°方向上的斜孔效益系数值最大为8.11。它的2次效益系数值η值为4.95。该值说明，优选的排水斜孔，在仰向SW200°、仰角10°方向上（即倾向NE20°倾角10°方向上）的斜孔要比仰向SW260°、仰角10°的常规排水斜孔多穿395%的裂隙。

表14-31　全方位优选倾角10°排水斜孔的最优方位计算表

在下游边墙上，与岩壁成直交，仰向NE80°的常规排水孔，相当于在上侧边墙上，与岩壁成直交倾向SW260°、倾角10°的排水斜孔。在表14-31 中，可以查得，其效益系数为1.59；在倾向SW200°～NW320°之间可查得，具最大效益系数的排水斜孔是倾向NSW200°倾角10°的排水斜孔，其最大效益系数为8.01。它的2次效益系数η值为5.04，该值说明，优选的排水斜孔要比常规排水斜孔多穿404%的裂隙。

（4）考虑不考虑隙宽的两种计算结果对比。将本节（2）与（3）部分排水斜孔效系数的计算成果，列表14-32 予以对比分析。

表14-32　地下厂房边墙排水斜孔效益系数计算成果对比表

①　为不考虑隙宽的计算值；
②　为考虑隙宽的计算值。

从表14-32 中可以看出，优选的排水斜孔的2 次效益系数都大于1，这说明它们都比常规排水斜孔好；不考虑隙宽的影响因素时，η=1.57～1.59，说明优选孔比常规孔要多穿57%～59%的裂隙；考虑隙宽时，优选孔比常规孔优越性更大，它们比常规孔多穿395%～404%的裂隙。