專利名稱：外水壓力作用下隧洞運行安全性試驗方法
技術領域：
本發明涉及ー種外水壓力作用下隧洞運行安全性試驗方法，主要適用于水利水電工程中。
背景技術：
目前，我國很多水電工程采用引水式開發，為了保證隧洞運行期的安全，通常采用深埋的布置方式，在如此條件下引水隧洞將不得不承受高外水壓カ的作用。而襯砌主要起到加固、支撐、維持三個方面的作用，襯砌必須與巖體的初期支護一起共同保證在外水壓カ作用下圍巖的穩定。但是由于隧洞開挖后近臨空面的巖體破裂嚴重，導水結構發育，滲透系數較完整巖體有明顯的提高，整個結構體系仍將承受巨大的外水壓力，整體安全性受到嚴峻的考驗。
在深埋的環境下，高地應力、高外水壓カ下，圍巖的長期力學特性與淺埋工程是完全不同的，由此直接導致襯砌荷載的復雜性和特殊性，既有圍巖長期變形產生的壓力，也有外水壓力，而圍巖長期變形壓カ既來自于高應カ下圍巖時效破裂產生的膨脹變形，也來自于滲流場變化導致圍巖內有效應カ改變引起的附加變形，因此，傳統的襯砌設計理念已不適應這種復雜情況，目前規范中的設計方法可能難以充分評估并考慮這些極端條件的作用效應。雖然數值計算方法較以往有了很大的進步，但是由于巖體介質本身及其力學響應、賦存環境等因數的極端復雜性，采用數值方法一方面無法模擬出現場圍巖的實際破裂情況，特別是隨著工程開挖周圍環境的不斷演化，對于工程的實際影響無法準確評估；另ー方面無法準確再現巖體內部的滲流場特別是裂隙滲流特征，必須對現場的實際情況進行適當的簡化，對隧洞工程的安全性無法作出準確的評價。
發明內容
本發明要解決的技術問題是針對上述存在的問題提供ー種外水壓力作用下隧洞運行安全性試驗方法，通過對不同支護措施的模擬，真實再現現場的實際開挖情況，同時利用壓水的方法模擬高外水壓力作用，評價隧洞運行期間的穩定性，盡量做到與現場情況保持一致，以克服數值模擬方法的弊端和規范計算方法的局限性，評價不同支護方案下圍巖和支護系統在外水壓力作用下的安全性。 本發明所采用的技術方案是外水壓力作用下隧洞運行安全性試驗方法，其特征在于步驟如下
a、開挖試驗洞，并控制其長度不小于4倍洞徑；
b、在試驗洞中部選取I倍洞徑長度的隧洞作為支護區，并按照現場實際支護措施進行系統支護，同時選取I倍洞徑長度的隧洞作為非支護區；所述支護區和非支護區到試驗洞兩端的距離不小于I倍洞徑的長度；
C、分別在支護區和非支護區進行壓水試驗，并進行系統的監測，其中支護區的監測項目包括錨桿應カ監測、水壓監測、襯砌應カ監測和損傷擴展的聲波測試，非支護區的監測項目包括水壓監測和聲波測試。所述試驗洞的尺寸與現場隧洞的實際尺寸相同。步驟b中的支護措施包括噴錨支護和襯砌支護。本發明的有益效果是本發明開挖一條與現場實際情況一致的試驗洞，通過對不同支護措施的模擬，真實再現現場的實際開挖情況，同時利用壓水的方法模擬高外水壓カ作用，對隧洞在外水壓力作用下的安全性進行系統的測試，有利于對深埋隧洞運行期的安全性作出合理的評價，從而彌補了規范計算方法和數值計算方法的缺陷，也為今后該類型隧洞的安全運行提供了更為可靠的技術支撐。
圖I是本發明的結構圖。圖2是圖I的A部放大圖。
具體實施例方式如圖I所示，本實施例的試驗步驟如下
a、開挖試驗洞1，并控制其尺寸與現場隧洞實際尺寸的比例為I :1，使其盡可能與現場實際情況保持一致，該試驗洞的長度最好不小于4倍洞徑，本例中試驗洞I的長度為4倍洞徑。b、將試驗洞I劃分為四段，其中位于兩端的兩段用于消除掌子面效應，中間兩段的長度均為I倍洞徑，分別為支護區1-1和非支護區1-2，以方便進行對比；其中支護區1-1按照現場實際支護措施進行系統支護，包括噴錨和襯砌。本例由于試驗洞I全長為4倍洞徑，因此四段長度均為I倍洞徑；當試驗洞I長度大于4倍洞徑時，位于兩端的兩段長度相等且大于I倍洞徑，中間兩段的長度則始終為I倍洞徑。C、如果現場圍巖的滲透率超過lLu，則有必要進行帷幕灌漿，以保證壓水時圍巖的密閉性。本例中，帷幕灌漿孔9共布置兩組，且以支護區1-1為中心對稱布置，即兩組帷幕灌漿孔9到支護區1-1的最近距離均為I倍洞徑。d、分別在支護區1-1和非支護區1-2進行壓水試驗，并進行系統的監測，其中支護區1-1的監測項目包括錨桿應カ監測、水壓監測、襯砌應カ監測和損傷擴展的聲波測試，非支護區1-2的監測項目包括水壓監測和聲波測試。對于支護區1-1，壓水試驗裝置和監測系統布置結構如圖2所示，其中監測系統包括布置于洞壁與襯砌2之間的滲壓計3、安裝于錨桿4上的錨桿應カ計5，以及位于襯砌2表面的應變計6，其中錨桿4錨固端錨固于試驗洞I外圍的圍巖7內，錨桿應カ計5同樣位于圍巖7內；壓水試驗裝置為ー嵌入圍巖7內的壓水鋼管8，其兩端均為固結段8-1，中間為用于出水的花管段8-2，兩固結段分別與圍巖7和襯砌2固結連接。為了評價試驗洞I的長期安全性，還需要對其進行長期的監測。本發明根據隧洞所處位置的地下水位確定合理的水壓力，利用系統的測試手段收集隧洞長期在外水壓力作用下的反饋，通過對比支護段和非支護段的力學響應，獲得隧洞在運行期內的安全性設計方法和評價標準。本發明可以直接為正式施工的支護設計、灌漿深度、灌漿壓力、檢查合格標準等方面提供參考依據。
權利要求
1.一種外水壓力作用下隧洞運行安全性試驗方法，其特征在于步驟如下 a、開挖試驗洞(I)，并控制其長度不小于4倍洞徑； b、在試驗洞(I)中部選取I倍洞徑長度的隧洞作為支護區(1-1)，并按照現場實際支護措施進行系統支護，同時選取I倍洞徑長度的隧洞作為非支護區(1-2);所述支護區(1-1)和非支護區(1-2)到試驗洞(I)兩端的距離不小于I倍洞徑的長度； C、分別在支護區(1-1)和非支護區(1-2)進行壓水試驗，并進行系統的監測，其中支護區(1-1)的監測項目包括錨桿應力監測、水壓監測、襯砌應力監測和損傷擴展的聲波測試，非支護區(1-2)的監測項目包括水壓監測和聲波測試。
2.根據權利要求I所述的外水壓力作用下隧洞運行安全性試驗方法，其特征在于所述試驗洞(I)的尺寸與現場隧洞的實際尺寸相同。
3.根據權利要求I或2所述的外水壓力作用下隧洞運行安全性試驗方法，其特征在于步驟b中的支護措施包括噴錨支護和襯砌支護。
全文摘要
本發明涉及一種外水壓力作用下隧洞運行安全性試驗方法。本發明的目的是提供一種外水壓力作用下隧洞運行安全性試驗方法，利用壓水的方法模擬高外水壓力作用，評價隧洞運行期間的穩定性，盡量做到與現場情況保持一致，以克服數值模擬方法的弊端和規范計算方法的局限性。本發明的技術方案是外水壓力作用下隧洞運行安全性試驗方法，其特征在于步驟如下a、開挖試驗洞；b、在試驗洞中部選取1倍洞徑長度的隧洞作為支護區，并進行系統支護，選取1倍洞徑長度的隧洞作為非支護區；所述支護區和非支護區到試驗洞兩端的距離不小于1倍洞徑的長度；c、分別在支護區和非支護區進行壓水試驗，并進行系統的監測。本發明適用于水利水電工程中。
文檔編號E02B1/02GK102704438SQ20121020995
公開日2012年10月3日 申請日期2012年6月25日 優先權日2012年6月25日
發明者劉寧, 張春生, 朱煥春, 褚衛江 申請人:中國水電顧問集團華東勘測設計研究院, 浙江中科依泰斯卡巖石工程研發有限公司