隧道BQ、[BQ]及涌水量计算2009[1].08
水工隧洞水力计算
水工隧洞水力计算水工隧洞水力计算的内容，一般有：泄流能力计算、水头损失计算、绘制压坡线（有压流）、水面线的计算（无压流）。
1、泄流能力水工隧洞泄流能力计算，分有压流和无压流两种情况。
实际工程中，多半是根据用途先拟定隧洞设置高程及洞身断面和孔口尺寸，然后通过计算校核其泄流量。
若不满足要求，再修改断面或变更高程，重新计算流量，如此反复计算比较，直至满意为止。
（1）有压流的泄流能力有压流的泄流能力按公式（1）计算：02gHAQµ=(1) 式中Q——泄流量；μ——流量系数；A——隧洞出口断面面积；g——重力加速度。
gHH2200υ+= 式中H——出口孔口静水头；g220υ——隧洞进口上游行近流速水头。
流量系数μ随出流条件不同而略有差异，自由出流和淹没出流分别按公式（2）和公式（3）计算：∑∑+ +=222211ijijjjAARCglAAζµ(2) ∑∑+ + =2222221iIIiJjAARCglAAAAζµ(3) 式中A——隧洞出口断面面积；A2——隧洞出口下游渠道过水断面面积；ζj——局部水头损失系数；Aj——与ζj相应流速之断面面积；Li、Ai、Ri、Ci——某均匀洞段之长度、面积、水力半径和谢才系数。
上述泄流能力计算公工适用于有压泄水隧洞，对发电的有压引水隧洞，其过流能力决定于机组设计流量，即流量为已知，要求确定洞径。
（2）无压流的泄流能力无压泄水隧洞的洞身底坡常大于临界坡度，洞内水流呈急流状态，其泄流能力不受洞长影响，而受进口控制，若进口为深孔有压短管，仍可按公式(2)和公式(3)计算，而忽略其沿程水头损失（根号中的最后一项）。
表孔堰流进口的斜井式无压隧洞，其泄流能力由堰流公式计算：2/302HgmBQε= (4) 式中ε——侧收缩系数；m——流量系数；B——堰顶宽度（m）；H0——包括行近流速水头g220υ的堰顶水头。
流量系数和侧收缩系数与堰型有关。
为保证曲线堰面与斜井底板有准确的切点，使过水表面平整，建议采用WES标准剖面堰型，其曲线方程和有关计算参数可参见武汉水利电力学院编的《水力计算手册》。
深埋隧道涌水量数值计算中的试算流量法
(2) 1 1 ∂H ′ α ∂H ′ α ′ cos(n，x) ′ cos(n, z ) K xx + K zz = z ∂ x ∂ q′( x，z，t )， ( x，z ) ∈ Γ 2′，t ≥ t 0
对于可以近似概化为渗流－缓慢流的岩溶－裂隙 围岩隧道，其等效渗流定解问题为 ∂ * ∂H * ∂ * ∂H * K xx + K zz + ∂x ∂z ∂z ∂x * H ∂ * ，t ≥ t 0， Qiδ ( x − xi，z − zi ) = S s ( x，z ) ∈ D′ ∂t * H * ( x，z，t 0 ) = H1 ( x，z )， ( x，z) ∈ D′ (3) * ′ t≥ t 0 H * ( x，z，t ) = H 2 ( x，z，t )， ( x，z) ∈ Γ1， * * * ∂H * ∂H K xx cos(n，x) + K zz cos(n，z) = ∂x ∂z q* ( x，z，t )， ( x，z) ∈ Γ 2′ ，t≥ t0 K′ 式中： H ′ 为岩溶地下水水头； K ′ xx ， zz 为岩溶含水 层的渗透系数 ( 广义 ) ； α 为流态指数 (1 ≤ α ≤ 2) ； ′ ， H 1′ 分别为岩溶含水层的初始水头和已知定水 H0 头； Γ1′ ， Γ 2′ 为岩溶含水层第一、二类边界； q′ 为 已知流量 ( 带 * 者为等效渗流化的岩溶 - 裂隙介质变
(2021)第十四讲铁路隧道涌水量计算完美版PPT
大24小时点暴雨均值和变差系数Cv等值线图查出 相应的、Cv值，再按下式计算：
X＝αt·Hp点 ＝ αt • ·Kp ｂ.根据隧道所在地区历年一日最大降雨量〔或 最大24小时降雨量〕进行理论频率统计，确定设 计频率暴雨量。
设计频率❖暴雨量值的查算：
W－多年平均降水量〔mm〕； 地下河流量动态变化特征与地表水流亦具有很好的相似性，都具有流量大、流速快、洪峰在数小时内完成的特点。
洼地渗入❖法－岩溶洼地入渗量计算
X－日平均降水量〔mm〕； 洼地渗入法－岩溶洼地入渗量计算
流域水文❖模型的理论基础就是产流、汇流计算。
A－隧道通过含水体地段的集水面积〔km2〕。 数理统计法〔相关分析法〕
❖ 岩溶隧道：适用于Ⅰ类岩溶隧道，即：
（1）不适于计算位于地下水垂直渗流带（包气 带）、地下水位季节交替带（季节变动带）、水 文网排泄作用范围内的水平径流带（完全饱和带） 内岩溶隧道的涌水量；
（2）对位于不受附近水文网直接影响的深部循环 带内的隧道涌水量可按其水文地质概念模型及相 应的水文地质数学模型进行预测；
❖ 非岩溶岩类隧道〔基岩裂隙水降〕水及Ⅰ入类岩渗溶法隧道
❖ （1）计算隧道正常涌水量（Qs）
QS=2.74αW A
Q =1000αX A 隧道涌水量计算方法
适用条件：Ⅱ类岩溶隧道。 S
QWS－=多2. 年❖平均式降水中量〔：mmQ〕s；－隧道通过含水体地段的正常涌水量〔m3/d〕；
α－降水入渗系数； 数理统计法〔相关分析法〕
❖
Wmax－多年最大降水量〔mm〕。
❖ Ⅱ类岩溶隧道
降水入渗法
Hale Waihona Puke ❖ 隧道涌水量的计算有两种方法：
单位涌水量的换算方法
单位涌水量的换算方法
钻孔涌水量 q 仍旧是进行含水层富水性分级的重要标准，甚至是独一标
准，但 q 值怎样计算和 q 值按什么分级存在不一样做法。
依据国家监察局1991 年公布的中华人民共和国国家标准（ GB12719-91）－《矿区水文地质工程地质勘
探规范》中，附录 C提出了含水层富水性分级的标准（增补件）。
C1 按钻孔单位涌水量（ q）将含水层富水性（评论含水层的富水性，钻孔单位涌水量以口径 91mm，抽水水位降深 10m 为准；若口径、降深与上述不符时，应进行换算，再比较富水性）分为四级： .弱富水性： q<0.1L/s.m；中等富水性：
0.1L/s.m<q≤ 1.0L/s；.m强富水性：1.0L/s.m<q≤ 5.0L/s；.m极强富水性：q>5.0L/s.m，C2 按天然泉水流量也可将含水层富水性区分为四级。
2009 年国家安全生产监察管理总局宣布的《煤矿防治水规定》中也采纳了
国标（ GB12719-91）的标准，并提出了详细的换算方法：先依据单位抽水涌水
量 Q 和降深 S的数据，用最小二乘法或图解法确立Q f(s)曲线，依据 Q~S曲线确立降深 10m 时抽水孔的涌水量，再用下边的公式计算孔径为91mm 时的涌水量，最后除以 10m 即是单位涌水量。
式中： Q
91、R
91、r
91——孔径为 91mm 的钻孔涌水量、影响半径和钻孔半径；Q
孔R
孔r
孔——孔径为 r 的钻孔涌水量、影响半径和钻孔半径。
在着手编制水文补勘报告时，利于另一个换算公式：
1 / 1。
输水涵管(隧洞)水力计算书
求得:Q=6.456m3/s
2. 水库设计水位 234.15m 时相应的泄流能力：
234.15 219.4 0.082605Q2 0.189292Q2 0.049564Q2
求得:Q=6.774m3/s
3．水库校核水位 235.0m 时相应的泄流能力：
235.0 219.4 0.082605Q2 0.189292Q2 0.049564Q2
n
数C
喇叭 段
2
1.5
闸首
矩形 1
1
段
闸井 段
3.6
1
渐变 段
1
1
管身 段
90
1
Σ 97.6
1.766 1.000 1.000 0.890 0.786
0.375 0.014 60.656 0.25 0.014 56.693 0.25 0.014 56.693 0.25 0.014 56.693 0.25 0.014 56.693
位差；
2 —动能修正系数；取2 1.0 ；
v —管道内断面平均流速 m / s， v Q ；
A
g —重力加速度 m / s2 ，hf
l 2 d 2g
hj
—局部损失， hj
2 2g
—管路中局部水头损失系数；
沿程阻 力系数
λ 0.021
0.024
0.024 0.024 0.024
沿程水头损失 hf
0.000464665 Q2
0.001244522 Q2
0.004480281 Q2 0.001571168 Q2 0.18153186 Q2 0.189292496 Q2
根据表 2-1 计算，总沿程损失 hf 0.189292Q2 2.2 沿程水头损失计算
《公路岩溶隧道设计与施工技术规范》解析(每日一练)
2024年甲级公路造价继续教育《公路岩溶隧道设计与施工技术规范》解析（每日一练）单项选择题（共5 题)1、某隧道进口段的围岩为中厚层状中风化灰岩，岩石饱和单轴抗压强度为Rb=46MPa，节理较发育，岩体较完整，局部较破碎，岩体完整性系数为Kv=0.63，岩溶强发育，岩溶水发育，岩溶影响修正系数K0、地下水影响修正系数K1、主要软弱结构面产状影响修正系数K2、初始应力状态影响修正系数K3分别取值为0.45、0.23、0.32、0.5，则该地段的围岩级别为: (C)A、ⅢB、ⅣC、ⅤD、Ⅵ答题结果：正确答案：C答案解析：该地段围岩为中厚层状中风化灰岩，节理较发育，岩体较完整，局部较破碎,岩溶强发育，岩溶水发育，查阅表4.5.4-1，该围岩定性分级为Ⅳ级；岩石饱和单轴抗压强度为46MPa，岩体完整性系数为0.63，岩质围岩基本质量指标BQ=393.5，代入到式（4.5.4-1）中，得到岩体质量指标[BQ]=393.5-100*(0.45+0.23+0.32+0.5)=245.50；综合后该围岩分级为Ⅴ级，选C。
2、在进行隧道详细勘察时，某一地段的洞身围岩主要为白云质灰岩，地表有大量洼地、漏斗分布，该地段通过向斜核部，溶蚀强烈，物探结果显示可能有大型溶洞分布，水文地质勘察显示该地段洞身位于季节变动带，地下水补给条件较好，预测可能发生5000m3/ d～10000m3/d的集中涌水，则该地段的岩溶地质复杂程度可划分为: (C)A、简单B、中等C、复杂D、极复杂答题结果：正确答案：C答案解析：该地段的洞身围岩主要为白云质灰岩，是次纯碳酸盐岩，地表有大量洼地、漏斗分布，该地段通过向斜核部，溶蚀强烈，物探结果显示可能有大型溶洞分布，查阅表3.0.2-2，该地段的岩溶发育程度划分为强发育；水文地质勘察显示该地段洞身位于季节变动带，地下水补给条件较好，预测可能发生5000～10000m3/d的集中涌水，查阅表3.0. 2-3，该地段的岩溶水发育程度划分为发育；综合，岩溶发育程度为强发育、岩溶水发育程度为发育，查表3.0.2-1，该地段的岩溶地质复杂程度可划分为复杂，选C。
涌水量计算
（1）解析法根据井田水文地质条件和矿井主要充水因素，利用解析法进行矿坑涌水量预测时，直接充水含水层太原组灰岩岩溶水。
1）太原组灰岩岩溶水预测20(2)5-1S M M h Q B K R--= （）105-2R S K = （） 式中：Q ——预测矿坑涌水量，m 3/h ；B (m) K (m/d) M (m) S (m) R (m) Q (m 3/h) 32000.44279.51691124.45163.82S ——水位降低值，m ； KK——渗透系数，m/d ；M ——含水层厚度，m ； B ——进水廊道长度，m ； R ——影响半径，m ；K 取抽水实验资料0.44272、10+11号煤层矿井涌水量预算(大井法)开采10+11号煤层布置一个工作面，工作面宽180 m ，推进长度1200m ，因此，将矩形工作面（长a=1200m,宽b=180m ）看做一个大井，使用大井法预算矿井涌水量：计算公式为：(2)1.366H M M Q K LgR Lgr-=-式中：Q%～矿井涌水量(m 3/d) K%～渗透系数(m/d) H%～水头高度(m) M%～含水层厚度(m)r%～大井半径(m)，r=η4a b+R 0%～引用半径(m)，R 0=10S K (S=H) R%～影响半径(m)，R=R 0+ r 0根据ZK504号孔资料，太原组含水层水位标高1120.58m ，渗透系数(K )0.4427m/d,含水层厚度(M )约9.5m,先期开采地段10+11号煤层底板标高最低为884m,由此确定水头高度:(H=S )=1120.58-884=236.58(m)r=η4a b +=379.5mR 0=10S K =1574.1m R = R 0+ r 0=1953.6m将上述参数代入上述公式得开采10+11号煤层矿井正常涌水量Q=3743m 3/d （156m 3/h ）最大涌水量Qmax=δQ 正，δ: 季节影响比值系数 开采2号煤层时，季节影响比值系数δ=1.2故最大涌水量Qmax=3743×1.2=4492 m 3/d （187.2m 3/h ） 2号煤层与10+11号煤层联合开采，矿井正常涌水量为上述涌水量之和，即矿井正常涌水量：Q 正=355+3743=4098 m 3/d(170.75 m 3/h)最大涌水量Qmax=425+4492 =4917 m 3/d(204.88m 3/h)3 狭长水平坑道法 采用承压——无压公式：(2-)5-5S M M Q BKL= （）式中：Q ——为预测的矿坑涌水量（m 3/d ）；K ——为渗透系数（m/d ）； S ——为最大水位降深（m ）； M ——为含水层厚度（m ）；L——为水平坑道影响宽度（m ），采用奚哈尔德公式10R =； B ——进水廊道长度，主采煤层工作面年推进度，即B =2500m 。
隧道涌水量预算
隧道涌水量预测准确预测隧道涌水量一直是国内外隧道建设的难点，目前尚无成熟的方法。
为了使我们的预测尽可能接近实际，进行了大量的水文地质调查与测试，采集了较丰富的数据，拟采用多种方法进行预测。
考虑各段含水带渗透系数的差异，采取分段预测隧道涌水量。
并根据水文地质条件选用三种不同方法（公式）分别计算，以便比较。
8.2.1 竖井比拟法裂隙网络具分段独立性，含水体上、下部均有隔水边界。
设单个竖井居各段裂隙发育系统之中，完全可以达到疏干目的。
又因在不同地段内均有代表性抽水试验孔，按钻孔涌水量曲线方程推求各段隧道底板的涌水量，然后比拟成竖井涌水量，将会较为接近实际。
本次根据ZK28-3、ZK29-1、CZK53-1、CZK53-2抽水试验Q～S曲线曲线方程下推预测涌水量如下表8.2.1：隧道涌水量预测（一）表8.2.18.2.2 地下水动力学法考虑隧道在长期排水的情况下，位于无限厚的潜水含水带中，按有限含水厚度计算涌水量。
采用潜水非完整式水平巷道公式：Q ＝])(2)(4cos )(4ln[kS)(2212121222121R R R R лb R R лb R H R Hkb +-+++式中：H 1=H 2 R 1=R 2Q —预测涌水量（m 3/d ）；H —由隧道路肩起算的含水层厚度（m ）； R —隧道排水影响宽度（m ）； b —隧道宽度（m ）； S —降深（m ）；k —隧道围岩渗透系数（m/d ）。
隧道涌水量预测（二） 表8.2.28.2.3 降水入渗系数法采用的计算公式为：Q＝2.74×α×ω×A其中：Q—计算涌水量（m3/d）；α—入渗系数；ω—年降水量（mm）；A—隧道集水面积（k㎡）。
中条山大部分基岩裸露，地表裂隙发育，有利于大气降水入渗。
但地形陡峭，大气降水易排走不易补给地下水，冲沟地段地势低平有利地下水入渗，根据有关经验数据，中条山混合花岗片麻岩和片岩地区的综合入渗系数取0.20。