[发明专利]外水压力作用下隧洞运行安全性试验方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种外水压力作用下隧洞运行安全性试验方法，主要适用于水利水电工程中。

背景技术

目前，我国很多水电工程采用引水式开发，为了保证隧洞运行期的安全，通常采用深埋的布置方式，在如此条件下引水隧洞将不得不承受高外水压力的作用。而衬砌主要起到加固、支撑、维持三个方面的作用，衬砌必须与岩体的初期支护一起共同保证在外水压力作用下围岩的稳定。但是由于隧洞开挖后近临空面的岩体破裂严重，导水结构发育，渗透系数较完整岩体有明显的提高，整个结构体系仍将承受巨大的外水压力，整体安全性受到严峻的考验。

在深埋的环境下，高地应力、高外水压力下，围岩的长期力学特性与浅埋工程是完全不同的，由此直接导致衬砌荷载的复杂性和特殊性，既有围岩长期变形产生的压力，也有外水压力，而围岩长期变形压力既来自于高应力下围岩时效破裂产生的膨胀变形，也来自于渗流场变化导致围岩内有效应力改变引起的附加变形，因此，传统的衬砌设计理念已不适应这种复杂情况，目前规范中的设计方法可能难以充分评估并考虑这些极端条件的作用效应。

虽然数值计算方法较以往有了很大的进步，但是由于岩体介质本身及其力学响应、赋存环境等因数的极端复杂性，采用数值方法一方面无法模拟出现场围岩的实际破裂情况，特别是随着工程开挖周围环境的不断演化，对于工程的实际影响无法准确评估；另一方面无法准确再现岩体内部的渗流场特别是裂隙渗流特征，必须对现场的实际情况进行适当的简化，对隧洞工程的安全性无法作出准确的评价。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对上述存在的问题提供一种外水压力作用下隧洞运行安全性试验方法，通过对不同支护措施的模拟，真实再现现场的实际开挖情况，同时利用压水的方法模拟高外水压力作用，评价隧洞运行期间的稳定性，尽量做到与现场情况保持一致，以克服数值模拟方法的弊端和规范计算方法的局限性，评价不同支护方案下围岩和支护系统在外水压力作用下的安全性。

本发明所采用的技术方案是：外水压力作用下隧洞运行安全性试验方法，其特征在于步骤如下：

a、开挖试验洞，并控制其长度不小于4倍洞径；

b、在试验洞中部选取1倍洞径长度的隧洞作为支护区，并按照现场实际支护措施进行系统支护，同时选取1倍洞径长度的隧洞作为非支护区；所述支护区和非支护区到试验洞两端的距离不小于1倍洞径的长度；

c、分别在支护区和非支护区进行压水试验，并进行系统的监测，其中支护区的监测项目包括锚杆应力监测、水压监测、衬砌应力监测和损伤扩展的声波测试，非支护区的监测项目包括水压监测和声波测试。

所述试验洞的尺寸与现场隧洞的实际尺寸相同。

步骤b中的支护措施包括喷锚支护和衬砌支护。

本发明的有益效果是：本发明开挖一条与现场实际情况一致的试验洞，通过对不同支护措施的模拟，真实再现现场的实际开挖情况，同时利用压水的方法模拟高外水压力作用，对隧洞在外水压力作用下的安全性进行系统的测试，有利于对深埋隧洞运行期的安全性作出合理的评价，从而弥补了规范计算方法和数值计算方法的缺陷，也为今后该类型隧洞的安全运行提供了更为可靠的技术支撑。

附图说明

图1是本发明的结构图。

图2是图1的A部放大图。

具体实施方式

如图1所示，本实施例的试验步骤如下：

a、开挖试验洞1，并控制其尺寸与现场隧洞实际尺寸的比例为1：1，使其尽可能与现场实际情况保持一致，该试验洞的长度最好不小于4倍洞径，本例中试验洞1的长度为4倍洞径。

b、将试验洞1划分为四段，其中位于两端的两段用于消除掌子面效应，中间两段的长度均为1倍洞径，分别为支护区1-1和非支护区1-2，以方便进行对比；其中支护区1-1按照现场实际支护措施进行系统支护，包括喷锚和衬砌。本例由于试验洞1全长为4倍洞径，因此四段长度均为1倍洞径；当试验洞1长度大于4倍洞径时，位于两端的两段长度相等且大于1倍洞径，中间两段的长度则始终为1倍洞径。

c、如果现场围岩的渗透率超过1Lu，则有必要进行帷幕灌浆，以保证压水时围岩的密闭性。本例中，帷幕灌浆孔9共布置两组，且以支护区1-1为中心对称布置，即两组帷幕灌浆孔9到支护区1-1的最近距离均为1倍洞径。