技术摘要：
本发明给出了一种用于隧道的渗漏水的分析方法和系统，包括在隧道内发生渗漏水的区域架设渗漏水收集装置，其中渗漏水收集装置包括拱顶固定板、侧壁固定板和引导膜，引导膜连接拱顶固定板和侧壁固定板用于将渗漏水引导至两侧壁处；利用设置于侧壁固定板上的导流管获取单  全部
背景技术：
渗漏水是公路、跨海隧道工程常见病害，隧道渗漏水可能导致混凝土衬砌出现风 化、剥蚀情况，且如果渗漏水中含有酸性物质，还可腐蚀衬砌，会降低衬砌结构的承载力；海 底隧道(跨海段)的渗漏水中可能含有较高浓度氯离子。在氯离子含量较高的环境中，就会 引起钢筋腐蚀，造成混凝土结构破坏，致使混凝土的荷载不满足标准要求，也不能在规定的 年限中保持着安全稳定性，增加隧道的风险系数。隧道渗漏水的原因是隧道在修建中破坏 了原来地下水系统的平衡，比如破坏地下水的储存点和转移通道，随着隧道开挖和临空面 的形成地下水向隧道区域汇集、渗出，造成地下水的重新分配，从而形成新的含水层和地下 水转移通道，在隧道修建完成后，积聚的地下水将需要新的通道，水从结构薄弱的地方比如 施工缝、变形缝、衬砌裂缝等发生渗漏，形成隧道渗漏水。其原因按形成的因素可分为自然 因素导致的渗漏水和人为原因导致的渗漏水。 (一)自然因素导致的渗漏水 开挖隧道对地下水的影响，是隧道发生渗漏水的客观因素。根据水力学和水文地 质学原理，地下水从高压水位向低压水位流动，有其固定的流线，由于隧道的开挖，形成临 空面的低水压区，改变了围岩的力学特性和地下水泾流路线，使周围地下水向隧道内汇集 和积聚，给衬砌及底部渗漏水留下隐患。隧道开挖影响范围的大小与地层的渗透系数、水位 高低、过水断面大小有关，此外还受大气降水、隧道进深及隧道周围溶洞、泉眼、水库或江、 河、湖泊的影响。 (二)人为因素导致的渗漏水、 设计方面的因素：衬砌的横截面厚度是抗渗防漏的决定性因素，在设计过程中，衬 砌的横截面必须拥有足够的厚度，保证其具有较大的荷载。混凝土强度不够，混凝土是衬砌 组成的主要材料，除了形变之外，混凝土有可能出现收缩、徐变、开裂等情况，设计中必须考 虑混凝土的强度，保证其衬砌体密实、高强度、受力合理，拥有足够的抗形变能力。防排水结 构设计不足，某些高速公路隧道项目会忽视防排水结构的设计，是否拥有防排水设置比衬 砌渗漏水的后果更严重，设计中要考虑完善防排水设施。 施工方面的因素：隧道开挖使地下水发生了流向及压力改变，隧道周边的地下水 集中向隧道方向排泄。施工单位对于开挖时出现的漏点处理不及时、不彻底。不按设计配合 比配制防水混凝土，特别是随意加水的现象并不罕见；不按规定浇筑混凝土；未按规定进行 混凝土振捣，致使混凝土不密实；拆模时间过早。未按规定的时间养护，造成混凝土裂缝；超 挖回填或未回填，坍方过大造成空洞积水；施工缝、变形缝处理时，操作不细；隧道底板是防 水最薄弱的部位，施工中经常出现漏洞，主要是基底处理不干净，有残留的泥水，在浇筑时， 混凝土不能和地层紧密结合，中间存在泥沙夹层，影响了混凝土的质量，给防水造成了很大 的隐患。 4 CN 111551381 A 说　明　书 2/6 页 在地下工程开挖形成一系列巷道、硐室、隧道的过程中，岩体的破坏和稳定性的下 降其实就是岩体内部微裂纹、微缺陷不断发展、贯通并产生新的裂隙，进而最终导致岩体破 坏的过程。而岩体作为一类复杂的天然地质体，在对其开挖建设过程中水对岩体力学响应 特性及其稳定性影响不容忽视。据统计，90％的岩质边坡的破坏是由于地下水在裂隙中渗 流而引起，30％～40％的水电工程大坝失事是由于水的渗流作用所引起。因此，水对工程岩 体稳定性影响研究长期以来一直是众多学者关注的重点与热点课题。
技术实现要素：
为了解决现有技术中隧道渗漏水影响隧道岩体的稳定性，难以分析的技术问题， 本发明提出了一种用于隧道的渗漏水的分析方法和系统，用以解决隧道渗漏水分析岩性和 安全性困难等问题。 在一个方面，本发明提出了一种用于隧道的渗漏水的分析方法，包括以下步骤： S1：在隧道内发生渗漏水的区域架设渗漏水收集装置，其中渗漏水收集装置包括 拱顶固定板、侧壁固定板和引导膜，引导膜连接拱顶固定板和侧壁固定板用于将渗漏水引 导至两侧壁处； S2：利用设置于侧壁固定板上的导流管获取单位时间的渗水量，并分析渗漏水的 成分； S3：基于达西定律获取区域的渗透系数Kf，渗透系数Kf的计算公式为： 其中Q为单位时间的渗水量，μ为水的动力粘度，ΔL为裂隙长度，A为渗透截面积，ΔP为水头 差； S4：获取水压与单位时间的渗水量的变化关系，其中，渗透系数Kf、单位时间的渗 水量和水压依次呈正比关系； S5：基于单位时间的渗水量、渗透系数、水压的变化情况获取隧道发生渗漏水的区 域中平行于裂隙方向的应力的变化情况，响应于平行于裂隙方向的应力(下文会建立应力 与渗水量的关系，应力阈值通过渗水量反映)的变化大于预设阈值，发出安全预警，其中，平 行于裂隙方向的应力与单位时间的渗水量呈正比关系。 优选的，拱顶固定板和侧壁固定板为玻璃钢或硬塑料。采用玻璃钢或硬塑料的材 质可以便于加工且质量较轻。 优选的，拱顶固定板和隧道拱顶壁之间设置有海绵防水层。凭借海绵防水层的设 置可以使得固定板与拱顶壁之间更好的贴合。 优选的，侧壁固定板上端面设置有导流锥面，导流管设置于导流锥面的底部。凭借 该设置可以便于导流管更彻底地收集渗漏水。 优选的，引导膜为聚氯乙烯塑料膜。聚氯乙烯塑料膜具有材料轻便成本低廉，且无 需事先预制。 优选的，利用钉枪将拱顶固定板、侧壁固定板与引导膜固定连接。利用钉枪可以方 便地将拱顶固定板、侧壁固定板与引导膜连接。 优选的，步骤S5中还包括对垂直于裂隙方向应力的分析，其中，垂直于裂隙方向的 应力与单位时间的渗水量呈反比关系。通过该关系可以推断出渗漏水与垂直于裂隙方向应 5 CN 111551381 A 说　明　书 3/6 页 力的关系。 进一步优选的，步骤S5具体包括：使作用于裂隙上的垂直于裂隙方向的应力与平 行于裂隙方向的应力满足σx＝2σy，获取单位时间的渗水量与垂直于裂隙方向的应力与平行 于裂隙方向的应力的关系如下：Q＝8.61-1.54(2.3σx-σy) 0.3(1.41σxx-σy)2-0.02(1.3σx- σ 3y) 。 根据本发明的第二方面，提出了一种用于隧道的渗漏水的分析系统，该系统包括： 渗漏水收集单元：包括拱顶固定板、侧壁固定板和引导膜，引导膜连接拱顶固定板 和侧壁固定板用于将渗漏水引导至两侧壁处； 渗漏水分析单元：配置用于利用设置于侧壁固定板上的导流管获取单位时间的渗 水量，并分析渗漏水的成分； 渗透系数计算单元：配置用于基于达西定律(将岩体裂隙统一看作单一裂隙的水 力学问题，将裂隙描述成平行光滑板模型的立方定律q＝c  b^3式中:q为裂隙渗流速度,b为 裂隙宽度,c为系数。)获取隧道内发生渗漏水的区域的渗透系数Kf，渗透系数Kf的计算公式 为： 其中Q为单位时间的渗水量，μ为水的动力粘度，ΔL为裂隙长度，A为渗透截 面积，ΔP为水头差； 水压分析单元：配置用于获取水压与单位时间的渗水量的变化关系，其中，渗透系 数Kf、单位时间的渗水量和水压依次呈正比关系；以及； 应力分析单元：配置用于基于单位时间的渗水量、渗透系数、水压的变化情况获取 隧道发生渗漏水的区域中平行于裂隙方向的应力的变化情况，响应于平行于裂隙方向的应 力的变化大于预设阈值，发出安全预警，其中，平行于裂隙方向的应力与单位时间的渗水量 呈正比关系。 优选的，应力分析单元还配置用于对垂直于裂隙方向应力的分析，其中，垂直于裂 隙方向的应力与单位时间的渗水量呈反比关系。 本发明提出了一种用于隧道的渗漏水的分析方法和系统，该方法利用可分离式的 采集装置对正在施工中的隧道进行渗漏水量的分析，使用时可根据隧道渗漏水位置进行安 装，避免材料浪费，提高使用效率，通过单位时间渗水量、水压、垂直、平行于裂隙方向应力 的关系可以预估出隧道所处岩体的安全性。在某一渗漏位置安装渗漏水收集装置进行周期 渗漏水量的测量，根据规定的周期内渗漏水量是否有突增来判断岩体裂缝的发育趋势，从 而对隧道安全性做出判断，对可能来到的安全隐患进行预报。 附图说明 包括附图以提供对实施例的进一步理解并且附图被并入本说明书中并且构成本 说明书的一部分。附图图示了实施例并且与描述一起用于解释本发明的原理。将容易认识 到其它实施例和实施例的很多预期优点，因为通过引用以下详细描述，它们变得被更好地 理解。通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特 征、目的和优点将会变得更明显： 图1是本申请的一个实施例的一种用于隧道的渗漏水的分析方法的流程图； 图2是本申请的一个具体的实施例的一种渗漏水收集装置的结构示意图； 6 CN 111551381 A 说　明　书 4/6 页 图3是本申请的一个具体的实施例的拱顶固定部位的结构示意图； 图4是本申请的一个具体的实施例的侧壁固定部位的结构示意图； 图5是本申请的一个具体的实施例的渗透系数与水压的关系图； 图6是本申请的一个具体的实施例的双向等压时的应力—渗流量的关系图； 图7是本申请的一个具体的实施例的双向不等压时的应力—渗流量的关系图； 图8是本申请的一个实施例的一种用于隧道渗漏水的分析系统的框架图。