富水黄土隧洞衬砌外水压力折减系数影响因素研究

水工隧洞衬砌外水压力折减系数的合理取值是结构设计中的难点。以引汉济渭引水隧洞工程穿越Q_(2)黄土地层为背景,开展了饱和Q_(2)黄土的物理力学特性试验,并基于FLAC3D有限差分法及流–固耦合分析原理,研究6种因素对外水压力折减系数的敏感程度和变化规律。结果表明,各因素对外水压力折减系数的影响程度从高到低依次为:壁后注浆厚度h>盾构掘进速度V>地层渗透系数k_(l)>开挖扰动范围w_(s)>壁后注浆水平N>地下水位高度H,壁后注浆厚度对外水压力折减系数影响最大,当盾构掘进速度V≤9 m/d、地层渗透系数k_(l)≤0.2 m/d时,外水压力折减系数受盾构掘进速度和地层的渗透系数影响较大,其余因素影响较小;考虑到地层条件及施工水平的差异性,饱和Q_(2)黄土中衬砌外水压力折减系数取值变化范围为0.35~0.75,平均可取0.53。

水岩分算隧道衬砌外水压力折减系数取值方法

针对如何确定水岩分算时隧道衬砌外水压力折减系数问题,结合已有隧道规范中地下水处理的规定及外水压力折减系数经验取值方法,从地下水渗流作用出发,基于地下水水力理论,推导了地下隧道渗水量和复合衬砌结构外水压力折减系数理论求解公式,揭示了灌浆圈、初期支护、二次衬砌渗透系数及灌浆圈厚度等参数的变化对隧道渗水量和衬砌外水压力折减系数的影响规律。在此基础上提出了不同衬砌类型外水压力折减系数取值所应注意的问题及相应的取值方法。研究结果可为隧道工程的防排水系统设计提供借鉴和参考。

隧洞外水压力折减系数工程地质研究

《水工隧洞设计规范》(SL279—2002)推荐根据地下水活动状态确定外水压力折减系数,这种方法在水利行业已延续使用了几十年,存在前期勘察阶段使用困难的问题。提出在隧洞工程前期勘察设计阶段可根据岩体渗透性确定外水压力折减系数;施工阶段根据地下水溢出状态确定外水压力折减系数,并对前期成果进行验证和修正。

饱和Q_(2)黄土地层引水隧洞衬砌外水压力折减系数研究

外水压力折减系数取值对水工隧洞衬砌结构的设计影响较大。以某引水隧洞穿越Q_(2)黄土地层工程为背景,通过室内试验和原位抽水试验,研究了原状及重塑Q_(2)黄土的饱和渗透特性;并通过模型试验和FLAC 3D程序的流-固耦合分析原理,对比研究了不同地层条件、限量排放率、隧道尺寸、地下水位高度、地层注浆圈厚度等5种因素下,衬砌上的外水压力折减系数变化规律。结果表明:隧洞限量排放率和注浆加固圈厚度的增大会明显降低衬砌外水压力折减系数;地层渗透系数的增大,会引起外水压力折减系数呈对数函数增大趋势;随着隧洞等效半径的增大,外水压力折减系数先减小后增大,而地下水位高度对外水压力折减系数影响可忽略不计。对本工程而言,外水压力折减系数建议取值为0.57~0.71。

深埋隧洞高外水压力研究进展

随着深埋隧洞工程建设,高外水压力问题日益凸显,已成为工程建设面临的最大挑战,高外水压力作用机理和渗控措施是高外水压力问题中的关键.本文从外水压力理论计算方法、外水压力模型试验、深埋隧洞渗控措施三方面综述了国内外高外水压力研究进展.在外水压力理论计算方法方面,研究重点包括折减系数法、解析法和数值法等,旨在探讨深埋隧洞围岩、灌浆圈、衬砌等参数对外水压力的影响.在外水压力物理模型试验方面,基于原型洞室相似和相似材料的试验,主要研究隧洞渗流场分布、外水压力大小以及围岩及衬砌力学与渗流特性等对于隧洞工程安全的影响;在深埋隧洞渗控措施方面,讨论了采用减小灌浆圈渗透性、增大衬砌强度等“堵”的方法,以及施作排水孔、排水洞等“排”的方法.提出了深埋隧洞高外水压力研究拟进一步的研究方向,主要包括:研究工程地质和水文地质结构模型,引入参数场描述水文地质模型,针对深埋隧洞高外水压力研究的岩体分类,揭示不同外水压力条件下深埋隧洞围岩-灌浆圈-衬砌支护结构与外水压力互馈作用及耦合作用机理,构建深埋隧洞现场原位智能化外水压力监测体系,开展深埋隧洞高外水压力风险防控研究,为高外水压力作用下深埋隧洞工程施工及运行提供技术支撑和参考.

基岩裂隙含水系统与隧洞外水压力的相关性研究

外水压力是深埋隧洞衬砌设计中的重要荷载,且往往难以确定。本文以新疆ABH输水隧洞为例,通过对地下水补径排条件分析,引入基岩裂隙含水系统概念,确定基岩裂隙含水系统,为外水压力折减系数的确定提供必要指导。研究结果表明:浅层基岩含水系统外水压力折减系数最大,深层基岩含水系统次之,超深层基岩含水系统最小。

不同外水压力下输水隧洞结构及配筋计算分析

本文采用SDCAD对输水隧洞衬砌结构在不同外水压力作用下的内力值及配筋进行了计算,结果表明,无压输水隧洞内力及配筋结果由外水压力控制,外水压力越大,结构所受内力就越大,对隧洞的选配钢筋的要求也就越高。

不同外水压力下输水隧洞结构及配筋计算要点分析

针对输水隧洞在衬砌结构、配筋计算中不同外水压力对结构内力值及配筋结果的影响,根据《水工隧洞设计规范》(SL 279-2016)推荐的作用在钢筋砼衬砌结构上的外水压力计算方法及外水压力折减系数方法对外水压力进行折减,并采用水工隧洞钢筋混凝土衬砌计算机辅助设计软件SDCAD对隧洞衬砌结构在不同外水压力作用下的内力及配筋进行计算。计算结果表明:①无压输水隧洞内力及配筋结果由外水压力控制,外水压力越大,结构所受内力越大,对隧洞的选配钢筋要求也越大;②在外水压力作用下隧洞底板与边墙交接位置出现了应力集中,拉应力大于砼抗拉强度,在设计中应采取一定的措施进行补救,防止结构产生拉裂破坏。

中埋深膨胀岩盾构隧洞管片结构受力分析及内力特征

长距离输水隧洞因线路长,工程地质情况复杂,管片结构设计中的一些关键参数较难把握。以新疆引水项目无压输水隧洞盾构段为研究背景,采用数值模拟的计算方法分别对不同膨胀岩偏压、不同侧向土压力、不同外水压力做影响分析,并通过现场测试,对衬砌的轴力和弯矩实测验证,来探究中埋深膨胀岩盾构隧洞管片力学特性。