隧道渗流场主要影响因素的分析

由于地质条件千差万别,赋存于岩土体中的地下水运动规律错综复杂,加之隧道开挖后形成新的排泄通道,对隧址区渗流场产生较大影响,而影响隧道渗流场演变的因素种类繁多[168-170]。由式(5.15)可知,除水文地质条件中的计算水头H和围岩平均渗透系数 外,还包括隧道半径a、注浆半径c、衬砌渗透系数kl、注浆圈渗透系数kg等。此处重点研究注浆圈厚度、注浆圈渗透系数和衬砌渗透系数等可变因素对隧道渗流场的影响。由式(5.15)计算得到的不同影响因素下水压力特征曲线如图5.13—图5.15所示(以测线1为例)。

如图5.13所示为不同注浆半径(10.707 m,11.707 m,12.707 m)时的测线1水压力特征曲线,即注浆圈厚度分别为3 m,4 m,5 m。由图5.13可知,在不同注浆半径时测线1的水压力特征曲线变化规律是一致的,但各测点水压力值并无明显改变。既有研究成果同样表明,当围岩与注浆圈的渗透系数之比较大时,增大注浆半径对降低隧道渗流影响作用不明显[158],且增大注浆半径将增加隧道建设成本。因此,依靠增大注浆圈厚度来降低隧道对渗流场的影响并不合理,也不经济。

图5.13　不同注浆圈厚度下水压力特征曲线(测线1)

其他因素不变时,单独改变注浆圈渗透系数(0.006 m/d,0.016 m/d,0.028 m/d),测线1的水压力特征曲线如图5.14所示。随着注浆圈渗透系数减小,各测点水压力值逐渐增大,中心测点水压力值分别为213.17 kPa,216.42 kPa,224.91 kPa,增幅较为明显;而当测点远离隧道中心时,水压力值逐渐接近并趋于稳定。可知,隧道周围一定范围内的围岩水压分布易受注浆圈渗透系数影响,良好的注浆效果有助于富水区隧道工程顺利施工。(www.xing528.com)

图5.15为不同衬砌渗透系数(8.64×10-3m/d,8.64×10-4m/d,8.64×10-5m/d)时的测线1水压力特征曲线。由图5.15可知,测线1的水压力特征曲线在不同衬砌渗透系数作用下变化十分显著,随着衬砌渗透性能逐渐降低,各测点水压力值大幅提升。当衬砌渗透系数达到8.64×10-5m/d时,测线1水压力特征曲线接近水平,恢复到隧道开挖前的初始平衡状态。可知,初衬作为隧道的重要组成结构,其渗透性能对周围渗流场影响较为明显。在城市隧道建设中,应设置适宜渗透系数的初衬以减小对地下水环境的扰动,达到保护生态的目的。

图5.14　不同注浆圈渗透系数下水压力特征曲线(测线1)

图5.15　不同衬砌渗透系数下水压力特征曲线(测线1)