断层影响区内隧道涌水的Goodman解析解

隧道在富水地层穿越断层影响带时,往往伴随着突水的风险,给施工和结构安全带来极大隐患,因此有必要对断层影响区域内隧道涌水量进行预测。在Goodman井流假定的基础上,利用镜像叠加原理,推导隧道在断层影响区内开挖引起的地下水头分布的半解析公式,得到隧道涌水量的半解析解;经过对不同工况进行解析计算,并与数值计算的对比,证明所推导的半解析公式具有较好的适用性;通过将该公式应用于多种工况条件,充分探讨隧道和断层位置关系的几何参数对隧道涌水量的影响。研究结果表明:隧道与地下水位线之间的垂直距离对涌水量的影响最大,且当其他参数不变时,涌水量呈现出与该垂直距离近似线性增长的趋势。此外,横断面内隧道中心到断层面与水位面交点的水平距离以及断层倾角也会影响涌水量的大小。当水平距离越小,且断层倾角越大时,隧道涌水量变大,反之则变小。计算与分析结果可为后续隧道涌水量计算与控制提供指导。

基于保角映射的断层影响区内隧道涌水量预测

建立了断层影响区内衬砌隧道渗流模型.在该模型中,断层被视为地下水补给边界,以隧道涌水量作为衡量依据将隧道横断面内倾斜断层等效为竖向断层.利用镜像叠加原理将有限边界渗流问题转化为半无限空间渗流模型,再通过保角坐标变换和极坐标联立求解渗流微分方程,推导富水断层影响区内地下水头半解析公式,得到了隧道涌水量计算公式.经过退化验算、数值模拟及现场实测数据对比,验证了公式的正确性.在此基础上,探讨了地层与衬砌的相对渗透系数(KS/KL)、隧道与水位线的距离(h)、隧道与断层的距离(L)对涌水量的影响:KS/KL对涌水量的影响最显著;其次为h,h也会影响L的作用效果,h越大,L的影响程度也越大.施工过程中应加强注意衬砌防水措施的施作,隧道线路的选择应尽可能考虑埋深设计,避免高水头压力.