[发明专利]一种基于涌水量预估与动态监测的隧道反坡排水设计方法

摘要

本发明公开了一种基于涌水量预估与动态监测的隧道反坡排水设计方法，包括以下步骤进行实地地质勘查，了解隧道所处地段的地质条件，通过初勘资料进行各段落的涌水风险评估；基于功率最小化优化对隧道全段涌水量估算，采用功率最小优化方法进行泵站的分级计算，选取最佳的水泵功率；根据最佳水泵功率设置泵站功率，保证各级泵站的功率设置与隧道实际出水量对应，设置反坡排水方案；采用TEM瞬变电磁法和激发极化法对隧道该含水段落含水区进行精确定位，并对含水量进行预估，实时动态监测隧道掌子面的涌水量，根据涌水量及涌水量变化速率，结合预估的含水量，对反坡排水设置进行调整。对开挖掌子面前方含水区位置做精确定位，并能较精确预估涌水量。

主权项

一种基于涌水量预估与动态监测的隧道反坡排水设计方法，其特征是：包括以下步骤：(1)进行实地地质勘查，了解隧道所处地段的地质条件，通过初勘资料进行各段落的涌水风险评估；(2)对隧道全段涌水量估算，采用成本最小优化方法进行泵站的分级计算，选取最佳的水泵功率；采用成本最小优化公式进行泵站分级与最优功率计算，优化公式如(1)所示：G＝X×(WZ/X)×(1+w)(WZ/X)×T×f1+X×f2(WZ/X)G→min式中：Wz为排水总功率；X为分级数；f1为单位做功花费；f2为水泵单价；w为水泵功率损耗率；T为反坡施工时间；(3)根据计算的最佳水泵功率设置泵站功率，保证各级泵站的功率设置与隧道实际出水量对应，设置反坡排水方案；反坡排水方案包括泵站分级、水泵选择、管路安置和供电设置；每一级泵站的功率Wi+1设置应在其下一级泵站功率Wi+2的基础上，相应增加该泵站与其上一级泵站间的隧道已施工段落出水的排出能力；(4)采用TEM瞬变电磁法和激发极化法对隧道含水段落含水区进行精确定位，并对含水量进行预估；采用瞬变电磁技术能够对掌子面前方第一设定范围内含水区的位置进行定位，采用激发极化技术在掌子面前方第二设定范围内定位含水区位置并预估涌水量；(5)实时动态监测隧道掌子面的涌水量，根据涌水量及涌水量变化速率，结合预估的含水量，对反坡排水设置进行调整；采用增级泵站技术，当隧道两级泵站之间任意位置出现突涌水时，采用增级泵站方法进行排水，避免涌水在重力的作用下流入下级泵站；(6)在隧道掌子面上使用钻机打通含水构造，设置排水管，并在排水管末端位置安装流量计；(7)当涌水量小于水泵最大负荷，采用分时抽水技术实现伺服抽水功能；当涌水量大于水泵最大负荷，启动备用水泵进行抽排水；当涌水量大于泵站最大负荷，则就近调集水泵进行抽排水。