考虑水—土耦合的盾构隧道地表沉降试验研究

考虑水—土耦合情况,进行不同隧道埋深、支护压力和掘进速度条件下盾构隧道施工致地表沉降的大型三维物理模型试验,总结不同条件下的地表沉降规律,分析孔隙水压力和围岩压力的变化特性,归纳不同条件下的地表沉降曲线;探讨隧道埋深、支护压力和掘进速度以及孔隙水压力对地表沉降值的影响,推导地表横断面沉降槽计算的经验公式,并将研究成果应用于北京地铁10号线部分区间的地表沉降预测。结果表明:随着隧道埋深增加,地表沉降值减小,地表横向沉降槽影响范围加宽;沉降值随支护超压比增加而增大;掘进速度变化对地表沉降的影响程度较小;施工扰动围岩及孔隙水压力消散对地表沉降值有较大影响;基于物理模型试验的经验公式预测值与FLAC3D数值模拟预测值、现场实测值均较为吻合。

含交叉断层深埋隧洞围岩衬砌外水压力物理模型试验

为揭示复杂地质条件下富水区深埋隧洞围岩灌浆圈衬砌复合系统的外水压力作用规律,该文自行研制适用于深埋隧洞的大型高外水压力物理模型试验测试系统,选取滇中引水工程昆明段松林隧洞TSLT-005与TSLT-006(TSLT-005、TSLT-006为断层编号)交叉断层典型洞段为研究对象,开展含交叉断层深埋隧洞衬砌外水压力物理模型试验,揭示不同隧洞埋深、不同地下水位及不同排水条件下,衬砌的外水压力变化规律,并给出各工况下的外水压力折减系数建议取值范围。结果表明:隧洞埋深和地下水位对衬砌结构的外水压力影响明显,随着隧洞埋深的增大,受高地应力影响,围岩与灌浆圈自身的孔隙度与渗透性下降,对地下水渗流势能起到较好的削弱作用,导致衬砌的外水压力整体呈降低趋势;随着地下水位升高,衬砌全环的外水压力呈增大趋势,且由于岩体中细颗粒会被高水压冲散,因此形成较为连通发育的渗流通道,渗压增速也会随地下水位的升高而增大;设置衬砌排水孔可有效降低隧洞拱肩及其以上部位的外水压力,当隧洞围岩存在交叉断层分布时,断层带影响的衬砌部位外水压力降低效果受到一定削弱,且对衬砌的外水压力分布影响较为明显,在高地下水位工况下,需重点关注“断层带”对围岩衬砌结构整体的影响范围;当衬砌结构不排水时,600 m埋深的外水压力折减系数约为200 m埋深的92%,设置排水孔后,600 m埋深的外水压力折减系数约为200 m埋深的85%;当隧洞围岩存在交叉断层时,在不排水情况下,衬砌最不利点的外水压力折减系数建议取值0.95以上,在排水条件下,衬砌处的外水压力折减系数建议放宽至0.82;最后,利用有限元数值模拟方法对衬砌的外水压力物理模型试验结果进行验证,在衬砌不排水工况下,误差约为9.3%,在衬砌排水工况下,误差约为7.8%,表明高外水压力作用物理模型装置和试验结果基本上合理可行。该研究为富水区深埋隧洞工程的设计施工及运行安全提供科学参考。