基于双粘型防水材料的高水压隧道新型堵水限排方案及设计方法

为解决高水压隧道渗漏水病害并减少治理成本,基于双粘型喷膜防水材料,提出一种由注浆加固圈、双粘型防排水系统和防水衬砌3部分组成的新型堵水限排方案。依托数值计算方法,揭示该方案的水压分布特征并论证其有效性,进而分析注浆圈及排水板各参数对隧道涌水量及衬砌水压力的影响规律;在此基础上,提出高水压隧道多级控制型限排方案的设计方法。研究结果表明:1)新型堵水限排方案可通过调节注浆圈及排水板参数使二次衬砌水压力降低到可接受范围;2)与传统高水压隧道主要依靠注浆圈来调节渗水量及衬砌水压力不同,新型限排方案可采用注浆圈+排水板多级调控方法,方案设计更加灵活,其中注浆圈占主导作用;3)注浆圈对降低隧道渗水量及衬砌外水压力均有利,其中渗透系数参数最为重要;4)仅当注浆圈渗透系数得到保障时,才存在合理的排水板间距使衬砌水压力与隧道渗水量控制在合理范围内。

厦门海底隧道堵水限排安全监测及分析

海底隧道应采取堵水限排的地下水处理方式,为了研究堵水限排海底隧道围岩压力、初期支护水压力和钢拱架内力在施工阶段的变化规律,结合厦门海底隧道工程,对施工现场的围岩压力、初期支护后水压力和钢拱架内力进行实时监测。研究表明,初期支护在施工阶段有较高的安全系数,止水超前注浆和初期支护背后注浆对海底隧道非常有必要。在堵水限排情况下,通过加强注浆等工程措施,初期支护水压力可降至静水压力的1/3。通过对施工现场排水量的监测与分析,提出了排水量控制标准,厦门海底隧道软弱围岩地段的排水量应按照0.25 m3/(m.d)控制。研究成果在厦门海底隧道中得到了验证和应用。

山岭隧道堵水限排围岩力学特性分析

为了尽可能减少隧道长期大量排水带来的严重环境问题,高水位地区的深埋山岭隧道应采取"以堵为主,限量排放"即"堵水限排"的防排水设计准则。但在堵水限排情况下围岩的力学特性如何?是当前隧道衬砌结构设计急需解决的关键问题之一。首次建立了山岭隧道堵水限排情况下围岩力学特性分析的解析模型并进行了理论推导,分析了不同排水工况下围岩力学特性的变化并绘制了相应的围岩特征曲线,为堵水限排衬砌结构设计提供了理论依据。

高水位隧道堵水限排围岩与支护相互作用分析

为了保护环境并尽可能降低衬砌结构所受的水压力,提出高水位山岭隧道应采取"以堵为主,限量排放",即"堵水限排"的防排水设计原则。但对于堵水限排情况下衬砌结构的设计,目前尚没有规范可依,这是目前隧道设计施工亟待解决的问题。在隧道力学和渗流力学的基础上进行理论分析,研究渗流应力耦合作用下围岩的力学特性,利用特征曲线法分析了不同排放量下围岩与支护的相互作用,并与数值方法计算结果进行对比。计算结果表明:不同排水量下围岩特性曲线不同,支护阻力也不同,不同排水条件下围岩有效切向应力和有效径向应力的变化很明显,排水对围岩应力以及支护体系受力的影响是不容忽视的。另外,传统隧道设计方法在全排水时完全不考虑水的作用是不安全的。所得结论可为堵水限排衬砌结构设计提供理论依据。

高水压岩溶隧道堵水限排防排水设计研究

高水压岩溶隧道堵水限排设计大多采用“两侧沟+中心沟”的边墙脚排水方式.结合应山岩隧道工程,采用数值模拟手段进行研究,得出边墙脚排水方式下仰拱衬砌水压力大、安全系数低的结构受力特征.鉴于该特征,结合寒区隧道在仰拱下设排水沟的思路,提出“仰拱下排水”的设计方案,通过数值手段研究表明该排水方式下仰拱衬砌水压力大幅度降低,结构受力状况得以改善.仰拱下排水沟建议采用矩形截面,每50m设置检查井.

海底隧道堵水限排渗流场及衬砌水压力分布规律研究

海底隧道衬砌结构在承担地层荷载的同时还要承担一定的水压力,而适当的排水有助于发挥注浆圈的加固作用,实现衬砌背后水压力有效折减和变形控制,因此“堵水限排”已成为海底隧道防排水设计普遍遵循的设计理念。依托青岛胶州第二海底隧道穿越F2断裂带工程背景,采用FLAC 3D流固耦合方法,对堵水限排条件下围岩渗流场、洞周稳定性和衬砌水压力分布规律开展研究。结果表明,注浆圈可以有效减小开挖对渗流场的影响,随着注浆参数的增强,开挖对孔隙水压力的影响集中于注浆区域且趋于平缓;注浆厚度为5 m,n=0.02时,堵水效果较好且较为经济;排水率增大可以有效降低衬砌水压力,水压力最大值出现在拱脚,在拱脚设置排水孔更利于衬砌结构安全。

高水压富水区隧道限排衬砌注浆圈合理参数研究

海底隧道深埋于海水以下,处于高水压富水区,隧道结构设计时需要考虑外水压力,如果采用"堵水限排"的防排水设计原则,能够以较小的排水量显著降低作用在衬砌上的外水压力,从而使隧道结构设计更加经济。注浆圈合理参数的确定是"堵水限排"的核心问题。基于穿越高水压富水岩溶区的圆梁山隧道工程,通过理论计算和分析,得到了注浆圈参数变化对隧道涌水量和衬砌外水压力的影响规律;提出了隧道排水率的概念,分析了隧道排水率与衬砌外水压力之间的关系。在此基础上提出了确定注浆圈合理参数的方法和程序,给出了圆梁山隧道注浆圈的合理参数值,并在现场得以应用,取得了理想的效果,注浆后实测隧道涌水量与理论计算值基本一致。研究结果表明:衬砌外水压力折减系数取决于隧道排水率,只有当隧道排水系统能够将渗透到衬砌背后的地下水全部排出时,衬砌外水压力才能完全消除;注浆圈的作用不是分担衬砌外水压力,而是通过封堵地下水降低隧道涌水量,从而以较小的排水量可显著降低甚至消除衬砌的外水压力。研究成果对类似高水压富水区以及海底隧道防排水设计具有一定的参考价值和借鉴作用。

海底隧道不同防排水条件下衬砌结构开裂情况研究

海底隧道不同围岩级别所采用的防排水方式不同。Ⅰ、Ⅱ级围岩采用限量排导的防排水方案,Ⅳ、Ⅴ级较差围岩地段衬砌结构采用全封闭防排水方案。基于扩展有限元法,以厦门海底隧道为例,针对海底隧道不同防排水条件下的衬砌结构开裂情况进行研究,为今后其他高水压水下隧道设计和海底隧道的病害原因分析提供一定的参考价值。研究表明:采用堵水限排的条件下Ⅱ级围岩的衬砌结构未发生衬砌结构开裂,结构设计合理;而采用全封闭防排水结构的V级围岩的衬砌结构在低水压条件下拱脚外侧发生纵向开裂,而在高水压条件下衬砌拱脚会同时出现纵向裂缝和压溃破坏。鉴于目前隧道结构开裂主要以环向裂缝为主,且主要集中于拱墙以上部位,所以高水压并不是厦门海底隧道衬砌开裂的主要原因。

基于流固耦合的富水软岩地层隧道排水方案研究

为研究富水软岩隧道最优排水方案,以甘肃省道S304线关山隧道为研究对象,基于流固耦合分析理论,建立了应力场和渗流场作用下的隧道开挖模型。借助SoilWorks有限元软件对隧道全排水、全封堵及堵水限排三种施工方案进行了模拟,并对孔隙水压力及水位线、位移场及应力场、围岩塑性区的分布规律进行了研究。结果表明:富水软岩隧道开挖时,采用堵水限排方案可以有效减小对地下水位的影响,经济效益显著;三种施工方案中,堵水限排方案隧道的拱顶沉降、隧底隆起以及地表下沉量最小,但围岩的应力最大,仰拱最大拉应力为全排水方案的2.2倍;全排水方案与全封堵方案围岩塑性区主要产生在仰拱,堵水限排方案围岩塑性区主要产生在边墙两侧,塑性区的范围较小。研究结果可为富水软岩地层同类工程排水方案的确定提供借鉴。

隧道砂层段排水性能对水压与排水量的影响

为保证运营期某隧道衬砌结构安全提供理论依据,需提出排水量与衬砌水压荷载之间的关系。通过ABAQUS数值模拟软件,将模型中隧道排水系统和初支统一视为一层排水介质,简化为一维第三类边界条件,并利用温度场与渗流场的对应关系,使用温度场模拟渗流场,在保证精度的同时,极大的提高了计算效率。对数值模拟出的变量关系进行曲线拟合,以得到简化计算公式。研究表明,对于本工程,流量与水压1个月内迅速下降并稳定。初支渗透性减小,隧道压力水头增加。当表面渗透系数K≤3×10^(-5) d^(-1)时,可认为初支不透水,承担全部水压;当K≥3 d^(-1)时,可认为初支完全透水,不承担水压力,不影响隧道排水;当表面渗透系数3×10^(-5)≤K≤3 d^(-1)时,稳定水头高于设计水头,承担部分水压力。拟合公式可以合理反应表面渗透系数、水头、排水量、时间的相互关系。

富水环境下隧道地下水限量排放的衬砌外水压力分析

为研究富水区隧道工程不同排水量与衬砌外水压力的关系,文章结合时速80 km/h双车道公路隧道通用断面形式,基于“堵水限排”的防排水设计理念,采用有限差分软件FLAC 3D建立含有隧道防排水系统的三维精细化数值模型,研究复杂富水环境下隧道不同排水量与衬砌外水压力作用的关系。研究结果表明:半包-排水型隧道其衬砌外水压力呈“倒葫芦形”分布,拱底水压力最大,拱脚处最小。同一排水量下半包-排水型防排水体系对衬砌拱顶、拱肩处水压力的折减更为突出,对拱底水压力折减效果较弱;逐步增大隧道排水量,衬砌外水压力作用系数不断减小,且存在隧道界限排水量。隧道排水系统的通畅与否(排水量大小),对于控制衬砌结构外水压力有着重要作用。

京石路段高水压富水区隧道限排衬砌注浆圈合理参数研究

由于海底隧道要承受很大的外力,因此在隧道设计的时候不仅要对其排限等份额方面进行全面的整理和修补,还应当关注隧道建立过程中的经济实用等问题。

断层破碎带隧道涌水处治措施研究

富水断层破碎带是隧道施工中最常见的不良地质现象,是造成隧道突涌水、大变形等隧道施工地质灾害的主要原因。该研究基于流固耦合理论,采用FLAC3D数值模拟软件研究了不同防排水方式、不同注浆圈厚度及渗透系数对隧道围岩稳定性的影响。结果表明:当注浆厚度5 m、注浆圈相对渗透系数比为50时,衬砌堵水限排的防排水方式最佳,且现场应用效果良好。研究结果可为富水断层破碎带隧道防排水系统设计提供参考。

基于数值模拟的隧道衬砌高水压风险评估

在青云山深埋特长隧道的初步设计风险评估中,运用数值模拟进行了衬砌结构高水压的风险评估。结合地质勘察资料,识别出风险因素,包括不整合接触带和向斜核部两类。在风险分析中,建立全封堵、自由排放和堵水限排三种工况,进行数值模拟。数值模拟结果表明:全封堵设计,衬砌结构水压力最大;自由排放设计,衬砌结构水压力最小,但地下水流失严重;堵水限排设计,衬砌结构水压力居中,能较好保护地下水环境。基于数值模拟结果,综合评定,隧道衬砌结构高水压风险为高度。借鉴工程经验,提出了风险应对措施,包括:合理进行注浆设计,合理设计排水系统,重视排水系统的维护。在实施风险应对措施后,对风险作了复评,衬砌结构的安全性符合规范要求,风险复评等级为低度。

高水压隧道衬砌背后水压力预测模型研究

研究目的:以邢和铁路天河山隧道为依托,开展隧道衬砌背后水压力预测模型研究。首先结合地下水动力学理论,考虑"围岩-注浆层-衬砌-防水板-盲管"不同介质渗透特性,理论推导隧道衬砌背后水压力和排水量预测公式;其次通过3DEC离散元验证理论预测模型的合理性;最后对衬砌背后水压力影响因素进行参数敏感性分析。研究结论:(1)本文提出的衬砌背后水压力预测模型与数值计算结果误差不足10%,可准确预测高水压隧道衬砌背后水压力和排水量;(2)衬砌背后水压力P_(ll)与k_(ss)/k_(gg)和排水量Q_(w)均呈反比例线性关系;隧道排水量随k_(ss)/k_(gg)增大而减小,但非线性关系,其在k_(ss)/k_(gg)≤75范围内受k_(ss)/k_(gg)影响显著;(3)秉承"堵水限排"理念的高水压隧道施工过程中,可通过提升隧道排水量、减小注浆层渗透系数、增大注浆层厚度等组合措施来达到降低衬砌背后水压力的目的,其衬砌减压效果是"排"优于"堵";(4)本研究成果对高水压隧道设计及施工具有重要的指导意义。

山区公路隧道水害及防治措施综述

介绍了隧道渗漏水原因分析，在设计和施工中应该注意的问题，对如何解决公路隧道防排水进行了探讨。

富水破碎带隧道全断面超前帷幕注浆技术及其应用研究

在深埋富水隧道掘进过程中往往会遇到隧道涌水情况,而采用注浆技术是堵水的有效措施之一,其具体参数也因工程地质、水文条件而有所不同。广东省大丰华高速公路鸿图嶂隧道工程在掘进至富水断层破碎带地层时,掌子面附近段落涌水不断,且掌子面处于反坡段,使得隧道内涌水汇聚在掌子面附近,给隧道施工带来极大的不便。因此,基于“以堵为主、排堵结合、限量排放”的防排水理念,根据超前地质预报所探明的掌子面前方的围岩条件、水文情况,合理设计全断面超前帷幕注浆方案,并成功应用于该隧道施工,使其顺利通过高压富水段。

富水地层山岭隧道注浆堵水研究与实践

地下水的防控是山岭隧道建设的核心问题之一,传统全排或全堵的处理方式往往不能兼顾结构经济合理和地下水生态环保的要求。"堵水限排"的防排水设计理念,通过施做注浆圈,可以减少隧道涌水量,降低衬砌水压力,使隧道设计更加经济环保。采用地下水渗流理论推导了有无注浆圈条件下隧道涌水量和衬砌水压力公式,研究了山岭隧道注浆圈设计方法,并以某富水隧道涌水段为例进行了实际应用和检验。通过注浆前后隧道涌水量实测数据,并与未注浆段进行对比,采用隧道涌水量、涌水量稳定衰减值和稳定流量比三个指标客观地评价了该隧道注浆圈的堵水效果。结果表明,提出的注浆圈设计方法基本可行,实际工程应用取得了良好的堵水效果和环保作用。研究成果对山岭隧道地下水的防控具有积极的参考价值。