1 소개
현재, 터널의 물 돌입은 얕은 매설 또는 깊은 터널 공사에서 매우 흔하고 복잡한 지질 재해이다. 침투성이 강하고, 물이 풍부하며, 암석이 부서진 지층과 암반에서는 터널 물 돌입이 발생하기 쉽다. 특히 주름과 단층이 발달한 지역에서는 지하수 침투 통로의 크기와 연결성에 큰 영향을 미칠 수 있다. 터널이 발굴될 때 수층 구조가 파괴되고 수력조건이 바뀌며 주변암 응력이 재분배되어 원래의 역학 평형 상태를 깨고 일부 터널의 측면과 윗부분에 접선 인장 응력이 생겨 암체의 갈라진 틈이나 원래의 미세한 틈새가 넓어지고 지하수체에 저장된 에너지가 유체 (때로는 고체 물질이 동반됨) 의 고속 이동으로 순식간에 방출되는 것은 일종의 동력 파괴다. (* 역주: 역주: 역주: 역주: 역주: 역주: 역주: 역주: 역주: 역주: 역주: 역주) 터널 공사에서 갑자기 물이 솟아오르는 것은 기기 설비의 손실을 초래할 뿐만 아니라, 조업을 중단하고 공사 기간을 지연시킬 수도 있다. (윌리엄 셰익스피어, 템플릿, 터널, 터널, 터널, 터널, 터널, 터널) 그리고 물량이 너무 많으면 인명피해가 발생하여 대량의 건설 비용을 소모할 수 있다. 따라서 터널 유입량을 정확하게 계산하는 방법은 향후 공사 배수 조치를 위한 기술적 준비를 제공한다. 그러나, 터널이 위치한 자연 환경이 복잡하고 변하기 때문에, 그 공사 지질 조건과 수문 지질 조건의 고도의 불확실성은 터널 유입수의 정확한 예측과 계산에 큰 어려움을 가져왔다.
터널 유입 예측에 대한 연구는 이미 반세기 가까이 역사를 가지고 있으며, 특히 최근 수십 년 동안 연구의 깊이와 폭이 크게 확장되었지만, 많은 결핍과 결함이 있다. (데이비드 아셀, Northern Exposure (미국 TV 드라마), 과학명언) 전통적인 전문 이론 계산 공식은 엔지니어링에서 광범위하게 응용된다. 많은 전문가 학자들은 공사의 구체적인 상황에 따라 전통 공식을 수정하거나 새로운 이론적 방법을 도입하여 터널 유입량을 예측하고 어느 정도 성과를 거두었다. 그러나 과학과 응용의 관점에서 볼 때, 이 방법들은 아직 완벽하지 못하며, 그 실용성과 보급성은 아직 향상되어야 한다.
국내에서는 터널 유입량 예측에 대한 연구가 대부분 개별 엔지니어링 사례와 결합된 간결한 지질 묘사로 전체 터널 공사에 대한 시스템 조합과 분석이 비교적 적다 [1]. 터널 유입량의 예측과 계산은 수문지질에서 중요한 이론 문제이며, 지금까지 성숙한 이론과 공인된 정확한 계산 방법 [2] 은 없다.
1..1터널 유입 예측 연구 현황
국내 터널 공사에서 터널 유입에 대한 묘사는 대부분 단일 공사 사례로 간단하고 단편적인 묘사로 전체 터널 공사 시스템에 대한 조합 분석이 비교적 적다. 터널 유입량의 예측과 계산은 수문지질학에서 중요한 이론 문제이자 터널 배수 설계 및 시공에서 시급히 해결해야 할 실제 문제이다. 지금까지 성숙한 이론과 공인된 정확한 계산 방법은 없다. 표 1 은 유입량이 많은 여러 철도 터널의 예측치와 실측치를 비교한 것이다. 표에서 볼 수 있듯이 예측치와 실측 값 사이에는 큰 차이가 있는데, 이는 주로 터널 유입수의 복잡성과 다변화, 사람들의 현장 관찰 때문이다. 이 문제를 해결하기 위해서는 다양한 고급 탐지 수단을 통해 가능한 한 많은 물 돌입 시스템에 대한 중요한 정보를 얻을 수 있다는 점을 강조해야 합니다. 반면에 과학적 사고를 제창하고, 새로운 사상과 이론으로 과학적 사고를 보완하고 풍부하게 해야 한다.
1.2 터널 유입 예측 연구 및 분류
터널 유입량은 고수위 터널이 고수위 지역에서 설계하고 시공하는 중요한 매개변수이다. 더 나은 설계와 시공을 위해 터널 유입량 계산은 두 단계로 나눌 수 있다.
(1) 아직 발굴되지 않은 주변 암석에 따라 다양한 방법으로 계산된 터널 설계 및 시공을 안내하는 유입량을 정방향 유입이라고 합니다. 터널 주변암 발굴 전과 시공 초기에는 탐사 단계의 시추 자료에 따라 현지 지질 조건 (암성, 구조, 수층부수 등) 에 대한 것이다. ), 기상 조건 및 하천 수문 조건, 터널의 가능한 분출점을 추정하고 지하수 역학법, 경험분석법, 수치법 (유한 요소법, 유한차법) 을 이용하여 분출점의 가능한 유입수와 배수 후의 주변암 누출장 분포를 계산하여 물 차단과 사전 그라우팅 방안을 사용한다.
(2) 터널 공사 부분의 감측 유입량에 따라 계산된 유입량은 터널의 발굴된 부분을 지도하는 건축 설계를 역유입이라고 한다. 터널링 후, 대량의 주변암 변형, 구조, 구조, 암석 등의 정보를 수집하여 전방터널 손바닥면의 지질 상황을 예측하고 시계열 분석, 회색 이론, 모호한 수학 등을 이용하여 유입량을 예측할 수 있다. 현 단계의 유입 예측은 미래의 유입 추세를 예측할 수 있으며, 다음 터널 설계 및 시공에 대한 참고 자료로 어느 정도 참고할 수 있다. 그러나 주변암의 국부 돌연변이 (단층, 균열, 산산조각 등) 가 발생할 때. ), 가능한 큰 유입수와 불필요한 경제적 손실을 피하기 위해 보험 예방 조치를 취해야 한다.
터널 유입 예측의 주요 방법
현재 터널 유입량 계산 방법은 매우 많다. 유입량을 정확하게 예측하기 위해 효과적인 예측과 계산 방법은 안전한 설계와 정상적인 시공을 보장하는 전제 조건이다. 현재 터널 공사에 적용되는 예측 계산 방법은 다음과 같습니다.
2. 1 지하수 역학 방법
지하수 역학법, 일명 분석법은 유입수의 정연 계산에 속한다. 지하수 역학의 원리에 따라 주어진 경계 조건과 초기 값 하에서 지하수 운동의 분석 공식을 수립하고, 터널 유입을 예측하는 공식을 엔지니어링 경험과 결합하여 터널 유입을 예측하는 목적을 달성한다. 공사 전과 시공 초기 측정자료에 따르면 터널 초기 최대 유입 q0- 정상 유입 QS 와 감소 유입 Qt 를 계산합니다. 주요 계산 방법은 다음과 같습니다.
(1) 오시마 지방지 공식:
(2) 철도 측정 코드의 경험적 공식:
(3) 사토 방밍 공식 [1]:
(4) 철도 측정 코드의 경험적 공식:
앞으로 유입되는 물의 계산에서는 터널 주변암의 구조와 지질 조건을 크게 단순화하여 터널이 발굴된 후의 실제 상황과 다를 수 있다. 터널이 물이 유입되기 시작하면 지하수가 암체에서 자유 표면으로 스며들어 배출되기 때문이다. 교란 영역의 압력 수두 작용으로 인해 침투 채널 (균열 및 단층 파손 구역) 이 씻겨지고 침식되고 지속적으로 보충되어 침투 채널이 커지고 넓어집니다. 분출점 분출수의 최종 결과는 두 가지로 나눌 수 있다. (1) 물이 점차 감쇄되고, 부분적으로 말라가고, 결국 안정에 도달하여 분출점을 정점으로 하는 떨어지는 깔때기를 형성한다. (2) 물이 점차 썩어 완전히 말라 결국 흐르는 것을 멈춘다.
교란 지역 근처에 제어 경계 (예: 상수 수두 경계) 가 있는 수층의 경우 착륙 깔때기가 연결 경계를 확장한 후 안정적인 보급품을 받습니다. 이때 수두가 반드시 터널 후면판 레벨로 떨어지는 것은 아니며 터널 상단의 특정 고도에서 안정적인 착륙 깔때기가 형성될 수 있습니다. 근처에 제어 경계가 없는 무한 대수층의 경우 깔때기가 확장되면서 지하수위가 터널 후면판 근처로 떨어질 때까지 교란 구역 경계가 바깥쪽으로 이동하며 안정된 흐름이 됩니다. 위의 분석을 통해 그림 1 을 사용하여 유입수의 변화 과정을 나타낼 수 있습니다.
2.2 물 소비 통계 방법 [1]
수문통계법의 근거는 고수기 하천 단위 환수 면적의 유출량을 지역 지하수 단위 면적을 통한 터널 유출로 간주하고, 이 범위의 지하수가 터널로 유입되므로 터널의 총 유입량은 터널 환수 면적에 건기 지표수 유출수를 곱한 것과 비슷하다고 볼 수 있다. 이 방법은 건기 강 유량 기록이 있는 곳에 가장 적합하다.
2.3 물 균형 방법 [3]
Thomthwait 등 (1948, 1957) 이 물 균형법을 제정한 이후 수문환경분석에서 가장 많이 사용되는 도구와 수단이 되었다. 수평균형법은 수평균형원리에 따라 터널 공사 중 수평균형의 수지 부분 사이의 관계를 찾아내 시공구역의 유입량을 산출한다. 시공지역의 지하수 형성 조건이 간단할 때, 물 균형법은 분수령 지역과 작은 중력 분지와 같은 효과가 더 좋다. 하지만 수평균형법을 채택할 때 천연수평균형장은 광산 채굴 등의 요인에 영향을 받아 침투계수, 균형기간, 최대 유입 최고봉 등의 매개변수를 결정하기가 어렵다. 이러한 문제들은 오랫동안 물 균형법의 광범위한 응용을 방해했다.
2.4 유추법
유추법은 비슷한 터널 수문 지질 자료를 이용하여 계산하는 것으로, 탐사 구역의 조건이 시공 구역의 조건과 일치한다는 것을 기초로 한다. 따라서 이 방법의 예측 정확도는 실험 세그먼트와 시공 세그먼트의 유사성에 따라 달라집니다. 유사할수록 정확도가 높을수록 나빠진다. 유추법은 도동 굴착을 통해 실측 유입량을 통해 주 구덩이의 유입량을 계산하거나, 단면 실측 유입량을 통해 주 구덩이 굴착면의 유입량을 계산하는 방법에 적용된다. 이 법제는 지질이 비교적 균일하고, 지역수문지질조건과 비슷하며, 물유입이 터널 부피에 비례하는 조건에서 진행된다.
2.5 수치 해석 방법
숫자 분석도 전통적인 수학 분석 방법 (예: 차등, 유한 요소법 등) 입니다. ) 1950 년대 R. W. Clough _ 1 항공공학 항공기 구조의 매트릭스 분석에 유한 요소법을 적용한 이후 수십 년간의 발전, 특히 최근 20 년 동안의 광범위하고 빠른 발전을 거쳐 계산 기술은 수치 분석 방법의 개혁과 혁신을 촉진시켰다. 수치 방법은 매우 유망한 분석 방법으로, 최근 몇 년 동안 발전이 매우 빠르다.
2.6 지하 유출 계수 방법
이 방법은 수문 지질 유추법과 약간 비슷하다. 일반적으로 암용발육이 비교적 균일한 어느 분지에서는 보급조건이 일반적으로 비슷하다. 따라서 유역의 지하수 유출 계수와 제안된 터널의 환수 면적을 계산하고 제안된 터널을 지하강과 동등하게 통과하면 지하수의 유입수 (즉, 지하강의 총 유출수) 를 계산할 수 있다.
2.7 비선형 이론 및 방법
터널 물 돌입에 대한 심도 있는 연구를 통해 터널 물 돌입은 종종 비선형 시스템 [4] 으로, 시스템 자체는 끊임없이 외부 환경과 물질, 에너지, 정보 교환을 하는 오픈 시스템으로 시너지, 자기 조직화, 정보성의 특징을 가지고 있다. 분명히 선형 이론이나 선형화 이론으로 비선형 시스템을 연구하는 것은 객관적인 실제와 상반되는 것이며, 터널의 물 돌입 예측의 신뢰성은 영향을 받을 수밖에 없다.
2.8 동적 설계 단계에서 터널 유입 계산
터널이 발굴된 후, 얻은 데이터의 전부 또는 일부를 이용하여 역연 방법을 이용하여 터널의 실제 유입량을 분석하고, 미래의 유입 추세를 예측한다. 유입 반연은 실제 관측 데이터를 바탕으로 시계열 분석, 회색 이론 또는 신경망 [5] 을 통해 굴착된 부분 유입량을 예측하여 지질체 인식의 주관적 요인을 줄임으로써 객관성에서 어느 정도 우위를 점하고 터널 설계의 수정 데이터로 사용할 수 있다.
일부 핵심 요소는 관찰할 수 없기 때문에 일반적인 예측은 로컬 돌연변이 위치를 제공할 수 없으므로, 이 사후 검사 방법으로 제공되는 유입량은 해당 세그먼트의 정렬 설계에 대한 참조로만 사용할 수 있습니다. 전방에서 출토된 암체의 유입량을 예측하는 데 사용할 수 있지만 상당히 거칠고 믿을 수 없다.
3 결론
터널 유입수의 예측 계산 방법은 매우 다양하며, 현재 일반적으로 사용되는 방법은 위와 같지만, 그 예측 정확도는 훨씬 부족하다. 주된 이유는 터널이 복잡한 개방 시스템이며 비선형이기 때문이다. 현재 터널에 대한 인식은 아직 완벽하지 못하므로, 유입량 예측은 여러 가지 방법과 학제 간 수단을 결합하여 예측 정확도를 높여야 한다. 종합 탐사의 길을 걸어야 한다. 지상 측량을 바탕으로 각종 탐사 방법을 이용하여 서로 검증하여 보급, 지름, 배수 등 수문 지질 조건을 밝혀야 한다. 이는 터널 유입량을 예측하는 가장 기본적인 작업이다.
터널 물 돌입 예측 계산은 탐사 설계부터 시공까지 전 과정을 관통해야 하며, 설계 단계의 계산 결과는 시공 단계에서 피드백을 통해 지속적으로 수정되어 터널 물 돌입 예측의 정확성을 높이고 터널 손바닥면 시공 전 물 돌입 예측의 효과를 높여 시공에 더 잘 봉사해야 한다.