基于镜像法的有限含水层内隧道渗流场解析解及其验证

隧道外水压力和涌水量是水下隧道施工的重要参数。针对以往大多是基于半无限含水层模型求解隧道渗流场，只考虑了单一边界的影响，而对边界条件复杂的隧道渗流场求解存在局限性的问题。建立有限含水层内带衬砌隧道渗流模型；基于镜像法，将该模型转化为无限平面内直线多隧道渗流模型，推导了水头及涌水量解析公式，通过数值解对比及公式退化验算，验证了该解的准确性；基于此解，研究了含水层厚度h、隧道埋深比(d/R₁)、注浆圈参数等对水头分布及隧道涌水量的影响。研究结果表明：任意位置的水头随含水层厚度的增大而增大，隧道越靠近不透水边界，隧道上、下方的水头差越大；隧道与不透水边界距离小于3倍隧道直径时，隧道埋深比对涌水量、衬砌外水头的影响显著，二者的值出现陡降；提高注浆圈抗渗性比增大注浆圈厚度更能降低隧道涌水量。研究成果可为有限含水层地区隧道渗流场预测提供一定理论依据。