运营隧道渗漏水灾害分类和等级评定方法

'第32卷
第1期干旱区地理Vo.l32
No.1























2009年1月ARID
LAND
GEOGRAPHYJan.
2009
运营隧道渗漏水灾害分类和等级评定方法潘海泽,
黄
涛,
杨海静,
唐
仙(西南交通大学环境科学与工程学院,四川
成都
610031)摘
要:
通过对国内95条具有代表性的南、北方运营隧道渗漏水状况调查,和对影响隧道渗漏水病害的各类因素综合分析,选择了隧道的埋深、地下水水位与隧道底板的高差、隧道区的降雨量、隧道区的植被情况、三缝的施工、管道腐蚀与堵塞情况等16个子因素(其中4个定量因素、12个定性因素),从隧道施工因素,防排水工程措施、围岩及地下水因素、自然地理因素等四个方面建立了隧道渗漏水灾害的评价指标体系和层次分析模型。并按照衬砌漏水量大小及渗漏状态;渗漏部位以及渗漏形式;隧道灾害的严重程度分别对隧道渗漏水灾害进行分类,确定了16个子因素的五等级划分标准,并分别量化了定量和定性指标,建立了隶属函数,最后利用模糊综合评价方法对隧道渗漏水灾害等级进行评定,同时用VB编制了评价的可视化程序,为设计和施工单位预防隧道渗漏水灾害提供了理论依据。关键词:
运营隧道;渗漏水;指标体系;VB;层次分析模型;模糊综合评价中图分类号:
U457.2


文献标识码:A


文章编号:1000-6060(2009)01-0145-07(145~151)

对于国内已竣工营运的隧道,由于受修建时期在我国的铁路隧道养护工作中,根据渗漏水程度将的设计与施工技术条件的限制,目前普遍存在隧道渗漏水定性的分为润湿、渗水、滴水、漏水、射水、涌衬砌结构渗漏水的情况。隧道渗漏水已成为我国铁水六级。日本
道路隧道维持管理便览
将隧道渗路隧道工程最为普遍的病害之一,但目前对隧道渗漏水程度定性的分为渗出、滴水、流出、喷出四级,并漏水影响因素缺乏系统化的研究,对其形成机理研且根据渗漏水的程度和渗漏水部位(拱部和边墙两究还比较少,而且对于运营隧道渗漏水病害成因、危个部位)将渗漏水对隧道的影响也分为四级。美国害程度等指标进行综合分类的研究鲜有涉及,使得
铁路交通隧道和地下建筑物检查方法和程序
将往往不能快捷的采取相应治理措施,导致隧道渗漏渗漏水从定性的角度分为轻度的、中度的、重度的三水治理效果不够理想;另外运营隧道渗漏水病害等个等级。根据我国隧道的渗漏水的实际情况,借鉴级评定方面的研究目前也处于空白状态。为此,本外国渗漏水灾害分类的经验,同时考虑到调查数据文对运营隧道渗漏水灾害进行了科学分类,把影响的好操作性,我们采用不同的标准对隧道渗漏水灾隧道渗漏水的定性因素和定量因素分别进行量化,
1,2
害进行分类。采用层次分析的方法建立了隧道渗漏水灾害评价模根据衬砌渗漏水量的大小及渗漏状态分为:型,并采用模糊综合评价的方法对隧道渗漏水灾害(1)渗润,(2)滴水,(3)流水,(4)喷水,(5)淋瀑。进行等级评定。根据从渗漏的部位以及渗漏形式分为:集中涌水处、点漏、面漏、缝漏、基底水害。1
隧道渗漏水灾害分类通过运营隧道的渗漏水情况调查,统计结果显目前对渗漏水的分级还是以定性分级为主,如示在95条隧道中有45%的隧道在无压时拱部、边
收稿日期:2007-12-16;
修订日期:2008-03-21基金项目:铁道部科技研究开发课题(2006G047-1);留学回国人员科研启动基金资助项目(2007-24)作者简介:潘海泽(1978-),男,博士研究生,研究方向:工程水环境效应控制,Emai:lpanhaize@tom.com通讯作者:黄涛(1970-),男,教授,博导,主研方向:工程环境控制,Emai:ltaohuang708815@126.com 1
4
6
















干旱区地理
















32卷墙有集中涌水点,51%的隧道在有压时拱部、边墙有的对铁路运营隧道的渗漏水灾害严重程度进行界集中涌水点,83%的隧道拱部有点漏滴水(处),定,我们参考了铁路隧道围岩分析方法中采用的判44%隧道边墙有点漏滴水(处),79%隧道拱部、边断方法,我们将隧道渗漏水灾害划分为五个等级:
墙有点漏成线(处),21%的隧道拱部、边墙有点漏级(轻微)、
级(较轻微)、
级(中度)、
级(较严涌水(处),75%的隧道拱部、边墙有面漏湿渍(处),重)、
级(严重)。49%的隧道拱部有面漏渗水(处),50%的隧道边墙有面漏渗水(处),52%的隧道拱部、边墙有面漏漏2
隧道渗漏水灾害评价指标体系水(处),81%的隧道三缝有缝漏渗水(处),34%的通过95条隧道渗漏水调查情况表,为了找出隧隧道的三缝有缝漏流水(处),7%的隧道的三缝有道渗漏水严重程度与影响因素之间的关系,这里采缝漏喷水(处),32%的隧道基底有轻微翻浆冒泥和用加权的形式来衡量隧道渗漏的严重程度,通过给积水处,28%的隧道基底有中度翻浆冒泥和积水处,集中涌水点、点漏、面漏、缝漏、基底水害赋予不同的14%的隧道基底有严重翻浆冒泥和积水处。本文采权值,然后通过调查的各个隧道的集中涌水点处、点用把集中涌水点(处)、点漏(处)、面漏(处)、缝漏漏处、面漏处、缝漏处、基底水害处和相应权值的相(处)、基底水害(处)等根据其对隧道渗漏水灾害的乘,除以相应隧道的长度,得到隧道渗漏水的严重程影响程度赋予一定的权值,为了综合的衡量一条隧度的数值。然后给隧道渗漏水调查表中的隧道防水道的渗漏水灾害的严重程度,把隧道发生渗漏水处设施损坏程度、排水管道的破坏程度、、隧道区的植的值与相应权值相乘的值除以其隧道的长度。此值被覆盖覆盖情况等个等级在(0,1)之间赋值,把隧定为K,根据对95条运营隧道的渗漏水调查的结果道区年平均降雨量除以1000mm,得到的数值与隧统计,我们按照K值的大小把隧道渗漏水灾害分为道严重程度的数值在一个图中表示如图2(篇幅所了五个等级,即K
0.001(轻微)、0.0011(严重)。计算的结果如图1所示。的相关性,基本隧道渗漏水严重的隧道,隧道区年均降雨量大,但是也有一些异常点,这是因为,影响隧道渗漏水的因素是多方面的,根据查阅的资料以及实际的调查,造成衬砌渗漏原因主要有两个大的方面:一是水文地质条件不良,有水源。二是衬砌防治水害质量不良,有水路。前者是外因,自然存在,后者是内因,起主导作用。通过筛选,这里选择了隧道图1
调查隧道的渗漏水情况图Fig.1
Situationofleakageinsurveyedtunnels这种方法尽管直观,但是不能找出影响隧道渗漏水的因素,以及影响因素的重要程度。从而不能使设计人员在以后的隧道设计中避免渗漏水的发生,也不利于隧道发生渗漏水后的修补工作。根据隧道灾害的严重程度分:铁路运营隧道渗图2
调查隧道渗漏情况与隧道所在地区年平均降雨量情况图漏水及治理状况调查结果表明,大部分隧道都同时Fig.2
Instanceoftunnelleakageandannualmeanrainfall有点漏处,面漏处、线漏处,集中涌水处,为了很好oftunnelarea 1期












潘海泽等:运营隧道渗漏水病害分类和等级评定方法












1
47的埋深、地下水水位与隧道底板的高差、隧道区的降岩及地下水因素、自然地理因素等四个方面建立了雨量、隧道区的植被情况、三缝的施工、管道腐蚀与隧道渗漏水灾害的层次分析模型(如图3)和评价指
3-9
堵塞情况等16个子因素(其中四个定量因素、12个标体系(如表1)。评价等级的划分采用五定性因素),从隧道施工因素,防排水工程措施、围分法。表1
影响隧道渗漏水的主要因素等级评定表Tab.1
Gradeestimationtableofmajorfactorsoftunnelleakage指标层
!∀防排水措施施工防水层数合理、搭接防水层数合理、搭接防水层数基本合理、正确施工、防水层数偷工减料、没有布设规范、粘结密实、涂规范、粘结密实、涂搭接基本规范、粘结不合理、搭接不规防水层抹层厚薄均匀、节点抹层厚薄均匀、节点基本密实、涂抹层厚范、粘结不密实、涂做了密封处理、排水做了密封处理、排水薄均匀、节点基本做抹层厚薄不均匀、节管道施工正确管道的施工较正确了密封处理点没做了密封处理三缝的施工三缝做了非常好防三缝做了较好防水三缝做了一般的防三缝基本没有做防三缝没做任何的防水处理处理水处理水处理水处理衬砌的施工衬砌施工质量非常衬砌施工质量较好,衬砌施工质量一般,衬砌施工质量较差,衬砌施工质量很差,好,没有蜂窝、孔隙、有一些蜂窝、孔隙、有一些蜂窝、孔隙、有很多蜂窝、孔隙、有相当多蜂窝、孔没有裂缝没有裂缝有较少裂缝裂缝隙、裂缝初期支护的施工混凝土喷射量充足、混凝土喷射量充足、混凝土喷射量一般、混凝土喷射量较少、基本没有做初期支喷射厚度很均匀、喷喷射厚度均匀、喷射喷射厚度均匀、喷射喷射厚度不均匀、喷护射配比合适、基底处配比较合适、基底处配比较合适、基底处射配比不合适、基底理适当理适当理一般处理较差防排水工程措施设计完全遵循防排堵截没有完全遵循防排防排水工程措施设较不合理,基本以排不合理,以排为主,的合理性的思想,以堵为主,截堵的思想,只对大计合理性一般为主,没有考虑到隧隧道为排水型隧道,使隧道运营发生渗型溶洞进行了预注道运营后的渗漏水隧道在运营后发生漏水可能性最小浆措施问题渗漏水几率很大防排水措施破坏情况无破坏基本无破坏有较小部分破坏部分破坏,影响到防基本被破坏防排水排水功能的实现功能无法实现管道的腐蚀与堵塞排水管道无腐蚀和只有个别处方排水排水管道有少数的排水管道有多处发隧道发生严重的腐堵塞现象管道有腐蚀和堵塞地方有腐蚀和堵塞生腐蚀与堵塞现象,蚀与堵塞现象,使隧现象现象,不影响排水功但还没有使排水功道排水功能瘫痪能的实现能瘫痪防水混凝土的类型其他高级防水混凝土加气剂防水混凝土外加剂防水混凝土普通防水混凝土普通的混凝土围岩的裂隙连通情况裂隙不发育紧闭,含裂隙发育张开,含水断层破碎带,含水层岩溶裂隙发育,含水岩溶断层带,有大型水层渗透系数k<层渗透系数0.001<渗透系数0.0110地下水的腐蚀性pH>7.9地下水无pH6.1~7.9地下水pH5.1~6.0地下水pH4.1~5.0地下水pH<4.0侵蚀性地侵蚀性有微弱侵蚀性有弱侵蚀性有一般侵蚀性下水地下水水位与隧道底贫水区,地下水水位弱富水区,地下水水中等富水区,地下水强富水区,地下水水特强富水区,,地下板的高差与隧道底板高差H位与隧道底板高差水位与隧道底板高位与隧道底板高差水水位与隧道底板<-100-100100气候(主要是温度)年平均气温在零下5年平均气温在-5
年平均气温在0
年平均气温在0
年平均气温在0

的,风速很大,空-0
的地区,湿度以上的地区湿度一以上,湿度较大,降以上,湿度很大,降气干燥很小,风速较大般,风速较大水多,风速小水多,风速小隧道区的降雨量(mm)<200200~400400~800800~1600>1600地表水情况无地表水系有小型地表水体Q有小型地表水体Q有大型地表水体的有大型地表水体的<5m3>5m3中型河大型河隧道的埋深<100100~400400~700700~1000>1000隧道区植被情况茂密(植被覆盖率>较茂密(植被覆盖率一般(植被覆盖率较稀疏(植被覆盖率稀疏(植被覆盖率<90%)70%~90%)50%~70%)50%~30%)30%) 1
4
8
















干旱区地理
















32卷3
模糊综合评价的数学模型及评价因隧道施工因素、X2防排水工程措施、X3围岩及地下子的权重水因素、X4自然地理因素4个子集,即X=X1,X2,X3,X43.1
模糊综合评价的数学模型及参数的确定四个子集分别为:采用多层次模糊综合评判方法,即先对低层次的各类因子进行综合评判,然后对各类因子的评价X1=x11,x12,x13,x14,X2=x21,x22,x23,x24,结果进行高层次的综合评判。经过一个由低层次、小系统过渡到高层次、大系统的逐渐综合过程,实现X3=x31,x32,x33,
X4=x41,x42,x43,x44,x45
10
隧道渗漏水灾害等级的模糊综合评价。隧道渗漏水灾害等级评价的评语集为:Y=3.2
划分因子集给出评语集将整个隧道渗漏水的影响因素集X划分为X1轻微,较轻微,中度,较严重,严重图3
隧道渗漏水灾害的层次分析模型Fig.3
AHPmodeloftunnelleakagedisaster3.3
确定评价因子的权重X4=(0.0879,0.3230,0.2733,0.1808,
11,12
利用层次分析法(AHP)求得各层因子权0.1349)。重,并按权重值确定各因子对地质环境影响的贡献大小即相对重要程度。得到渗漏水灾害影响权重集4
隧道渗漏水灾害的等级评定为:4.1
建立隶属函数X=(0.2118,0.4566,0.2292,0.1022);
13
4.1.1
定量指标的量化
为影响隧道渗漏水等隧道施工因素子权重集为:级评定的因素如隧道的埋深、地下水水位与隧道底X1=(0.3433,0.3640,0.2026,0.0901);板的高差、隧道区的降雨量(mm)(越大越好型,又防排水工程措施因素子权重集为:称效益型指标)、隧道区植被情况逆向指标(越小越X2=(0.4025,0.2685,0.2254,0.1036);好型,又称成本型指标)可以通过构造隶属函数进围岩及地下水因素子权重集为:行量化,从而得到各个指标对于不同评价等级的相X3=(0.3871,0.2759,0.3369);
14
对隶属度。隶属函数如表2。自然地理因素子权重集为: 1期












潘海泽等:运营隧道渗漏水病害分类和等级评定方法












1
49表2
定量指标量化隶属函数表Tab.2
MembershipfunctionofquantitativeindexesU地下水水位与隧道隧道的埋深隧道区的降雨量隧道区植被情况V底板的高差1



x
1001



x
-1001



x
2000



x
0.8250-x-60-x300-xx-0.8
100