1)模型概化
该矿山法城市隧道地处深圳水库下游,主线以穿越地势平坦的水库下游段为主,虽然部分跨过莲塘山分水岭,计算中并未将此处设置为流量边界,而对水量充沛的深圳河河谷,位于隧址区北边,设定为定水位补给边界,其余边界按照稳定流计算结果和现场实测水位确定为透水边界。深圳水库水位以定水位边界等效方式作用于水库大坝坝体之上,地表水库泄洪渠位于谷对岭地区和水库下游地区的分界线上,连接水库形成汇水条件,确定为河流边界条件,隧道结构采用排水管边界,如图4.21所示。
图4.21 地表边界条件示意图
计算模型范围包括隧道、深圳水库、水库泄洪渠及周边可能与隧道有水力联系的矩形区域。模型范围为x方向(东西向):0～2 700 m;y方向(南北向):-450～1 450 m;z方向(高程):-50～200 m。平面总面积共计5.13 km2。为还原真实地形并消除渗流边界效应,z方向覆盖了隧址区地表高程最高点和隧道拱底以下的可能影响范围。
根据模型的范围和单元长宽比例,将模型离散为432 000个单元,依据勘察所得实际地形等高线图输入高程控制点,采用距离平方反比法进行差值生成模型地表的高程曲面(见图4.22),再利用钻孔测得的控制点地下水位高程与地表高程进行线性回归分析,得到模型的初始水位分布,建立的模型初步三维空间如图4.23所示。
图4.22 地表高程等值线云图
图4.23 模型三维空间示意图
2)模型参数
针对三维数值模型模拟隧道渗流场,初始水位设置的准确性至关重要,限于水文地质勘察只能获得场区主要控制点的地下水位,建模前还需对钻孔水位高程和野外观测井水位高程进行插值,从而得到满足计算需求的初始地下水位。场区部分钻孔布置图如图4.24所示,场区部分地下水位控制点资料见表4.4。
图4.24 场区部分钻孔布置图
表4.4 场区部分地下水位控制点资料
续表
由表4.4可知,地表高程和水位高程之差集中于0～50 m,将地表标高和地下水位标高进行线性回归分析,可得回归分析图,如图4.25所示。
图4.25 地表标高和地下水位标高回归分析图(www.xing528.com)
通过线性回归分析,得到回归方程式(4.13),其相关系数R2=0.941,即
隧址区各点初始水位依据式(4.13)进行计算,并赋予三维空间模型中,得到模型的初始水位分布,如图4.26所示。
隧址区地质条件相对复杂,隧道沿线地层从上至下主要包括人工填土、第四系全新统冲洪积层粉质黏土、有机质中粗砂、有机质粉质黏土、细砂、含卵石砾砂,第四系上更新统冲洪积层粉质黏土、粉细砂、含卵石中粗砂、第四系上更新统坡洪积层含碎石粉质黏土,第四系残积层粉质黏土、石炭系变质砂岩、加里东期混合花岗岩和震旦系花岗片麻岩,以及碎裂岩、糜棱岩等构造岩。此外,工程整体位于罗湖断裂带或其影响带内,虽然拟建场地内没有全新世活动断裂存在,但场区内仍有F4,F6,F205-1,F205-2,F205-3,F205-4,F7,F8,F9,F10,F11等多条规模不等的断层通过(见图4.27),可能还存在尚未揭露的次级断层。
图4.26 模型计算初始水位示意图
图4.27 隧址区断层带分布图
为方便建立三维空间模型,在保证计算结果准确的同时,根据现场水文地质试验和工程勘察资料,对场区地质条件相似的地层进行合理的合并或简化,模型主要计算参数见表4.5。分析施工期渗流状态时,与前述渗流模型试验参数相同,计算模型加固圈范围为4.5 m,掌子面前方全断面帷幕注浆范围为6 m。
表4.5 模型主要计算参数
综合前述地下水位资料、地表高程资料和模型主要计算参数,建立的地层模型平面分层图如图4.28所示。
图4.28 模型平面分层示意图
根据深圳市气象局相关资料,深圳在1953—1982年共30年间,年降雨量资料绘制成降雨量-时间关系曲线(见图4.29)。可知,多年平均值为1 933.3 mm,多数年份降雨量在平均线上下徘徊,最小降雨值出现在1963年,为912.5 mm,而最大降雨值则发生在1975年,为2 662.2 mm。综合分析,计算模型中设置年平均降水量为1 935.8 mm,蒸发量为1 449.9 mm,汛期降雨量为1 020.6 mm。
综上所述,绘制深圳某大型地下立交工程三维空间渗流计算模型如图4.30所示。
图4.29 深圳年降水量曲线图
图4.30 三维空间计算模型图
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