衬砌及注浆圈参数对高水压隧道渗流场的影响研究

文章以虎溪台隧道为工程背景,采用ABAQUS软件数值探究了高水压条件下隧道的初支、注浆圈渗透系数及注浆圈厚度对初期支护阶段、运营阶段的隧道涌水量和衬砌背后水压力的影响。对比分析得出,当初支渗透系数增大时,初期支护阶段与运营阶段的隧道衬砌背后水压力显著降低,而其涌水量仅略微提高;当注浆圈渗透系数增大时,运营阶段时期隧道衬砌背后水压力以及涌水量显著增大;此外,当注浆圈厚度增大时,运营阶段时期隧道衬砌背后水压力与涌水量有一定程度的降低。文章为今后高水压条件下的隧道初支与止水注浆圈参数设计提供了参考资料。

岩溶隧道排水系统不同堵塞条件下衬砌结构力学特性

岩溶隧道在营运过程中常发生排水系统堵塞的问题,地下水不能及时排出会造成衬砌背后水压力快速增加,直接影响隧道衬砌结构的受力特性,严重情况时会危及隧道的正常营运。为进一步探究岩溶隧道排水系统堵塞时衬砌背后水压力分布规律及衬砌结构的受力情况,依托浙江临建(临安—建德)高速公路项目的岩溶区段隧道,采用FLAC3D软件对岩溶段隧道排水系统在不同堵塞率条件下的衬砌结构力学特性进行分析,同时建立室内渗流模型试验进一步验证数值模拟结果的合理性。研究结果表明:衬砌背后水压力随堵塞率增大而非线性增大,并可分为3个增长区,其中堵塞率为0%~40%时是快速增长区,堵塞率为40%~80%时是平稳区,堵塞率为80%~100%时是骤增区;相对于排水系统正常工作状态,完全堵塞状态条件下衬砌背后水压力最大值增加了162%,故将排水系统堵塞率为40%定为衬砌背后水压力的堵塞率控制阈值;衬砌结构应力增长无明显阶段性分区,整体上衬砌结构应力随堵塞率增大线性变化;完全堵塞状态条件下最小主应力与最大主应力最大值分别增加了149%与83%,排水系统无明显堵塞率阈值;在不同堵塞状态下,普通断面衬砌不同受力特征均呈对称分布,溶洞断面衬砌不同受力特征均呈非对称分布,且溶洞位置处受力特征对堵塞更加敏感;当岩溶隧道排水系统发生堵塞时,排水系统的排水能力会显著降低,隧道衬砌受力特性显著增加,尤其是在溶腔位置处;为保证依托岩溶隧道衬砌结构的安全性,排水系统在营运期清理维护工作应在堵塞率达40%之前完成。该研究结果可为今后岩溶隧道排水系统的管养时机提供理论依据与技术参考。