富水公路隧道抗水压衬砌结构安全评价研究

地下水作用下公路隧道衬砌结构耐久性与安全性问题突出,运营期间易发生衬砌渗漏、开裂和脱落等现象。为了更好地评价富水公路隧道抗水压衬砌结构的安全性,基于《公路隧道设计规范》相关条款开展荷载组合下衬砌截面强度验算,对衬砌外水压力进行了分级。在此基础上,基于荷载结构法采用数值模拟开展了不同断面大小、围岩级别和埋深条件下隧道衬砌结构安全系数随外水压力的变化规律研究,提出了隧道抗水压衬砌结构分级标准。基于外水压力分级和抗水压衬砌结构等级划分,提出了抗水压衬砌结构设计方法和衬砌结构安全评价方法,为相关工程提供参考。

圆梁山隧道溶洞地段抗水压衬砌结构试验分析

对圆梁山隧道溶洞地段4.5 MPa抗水压衬砌所承受的水压力及其结构应力进行现场试验,分析隧道衬砌使用型钢混凝土组合结构在高水压作用下的受力特征。衬砌壁后水压力大小是引起衬砌结构应力发展变化的显著因素,衬砌壁后水压力的分布及其变化与地表降雨补给量和泄水洞排水状况密切关联。当衬砌壁后水压力上升时,钢筋应力比混凝土应力的增长速率大,衬砌结构内缘应力比其外缘应力的增长速率大,且在衬砌壁后水压力增量较大时,结构钢筋和混凝土的应力增长速率相对较小。这表明随壁后水压力的增大,抗水压衬砌结构内型钢发挥的承载作用更明显。

隧道抗水压衬砌结构数值仿真模拟

以龙潭隧道抗水压衬砌结构为工程实例,针对不同的施工阶段,重点讨论了不同结构形式的衬砌力学性能,对抗水压衬砌结构进行了数值仿真模拟,并得出了抗水压衬砌结构的最优设置形式。

武广铁路客运专线浏阳河隧道抗水压衬砌计算分析

武广客运专线浏阳河隧道作为国内第一条客运专线水底隧道,下穿城区环境敏感地段,设计提出对埋深<50 m的地段采用全封闭不排水的抗水压衬砌结构形式。对隧道抗水压衬砌结构的计算原则、受力模型进行了探讨,并通过多种工况的计算和比较,对抗水压衬砌的受力特征进行了分析和总结,并根据此受力特征拟定了加深仰拱的衬砌结构形式。

径向和帷幕注浆与抗水压衬砌综合技术在老东山隧道中应用

老东山隧道洞身穿越一大型水库,为确保隧道施工安全,减少对地表环境的影响,以"以堵为主、限量排放"为基本原则,采用径向和帷幕注浆与抗水压衬砌施工技术进行综合治理。通过介绍该综合整治技术,为今后同类工程的施工提供了可借鉴的经验。

铁路隧道抗水压衬砌结构稳定性研究

以石板山高水压隧道为依托,采用历时8个月现场试验和有限元数值模拟相结合的方法,研究隧道衬砌背后外水压力变化规律,进而探讨如何对二次衬砌厚度予以优化。现场实测的石板山隧道富水段掌子面最大动水压值为0.56 MPa,预估静水压值可能达到1 MPa,施工结束后该衬砌背后最大水压只有0.02 MPa,表明隧道开挖引起的高水压问题主要出现在开挖期间。原设计1 MPa抗水压衬砌(80cm厚度)显得过于保守,优化为0.3 MPa抗水压衬砌(50 cm厚度)更为合理,其安全系数可满足规范要求。这一设计参数的合理优化将使施工难度、施工成本大幅降低,并有效加快施工进度。

溶洞抗水压衬砌施工设计方案可实施性研究

以渝怀二线铁路新圆梁山隧道为工程背景,提出了岩溶地段隧道注浆、抗水压衬砌施作措施,以期对类似工程提供参考。

隧道穿越地下暗河段抗水压衬砌的计算与探讨

云南省临沧市境内三台山山区，是调查区怒江水系南侧的分水岭，区域上属强烈切割的侵蚀溶蚀构造高中山地形。本文介绍了瑞丽至孟连高速公路勐捧隧道穿越地下暗河的处治，通过抗水压衬砌的受力计算的理论分析，为处理类似问题提供一定的参考。

在役岩溶隧道衬砌水压分布及预警控制标准研究

随着强降雨天气的频发,在役岩溶隧道衬砌开裂、渗漏水及失稳破坏事故日益增多。地表降雨补给下衬砌背后积聚高水压力是岩溶隧道发生水压灾害的主要原因,对在役岩溶隧道开展监测预警是避免灾害发生的重要手段。以郑万线岩溶隧道为依托,开展了相似模型试验及渗流数值模拟,研究了不同岩溶形态下衬砌背后水压分布规律及衬砌隆起位移,制定了岩溶隧道运营监测预警控制标准。结果表明:当地表降雨补给超过隧道排水能力时,衬砌背后将形成“地表补给+洞内排水”的动水压力,仰拱底部极易积聚高水压力;地层中存在岩溶管腔和溶蚀裂隙带时,地表降雨将会导致衬砌水压局部增高,衬砌承受偏压荷载,并使仰拱受力进一步劣化;以隧道仰拱中心水压力和隆起位移作为控制基准,将岩溶隧道运营监测预警等级划分正常运营、临时补修、限速整治和封闭整治。研究成果可为岩溶隧道的结构设计优化及监测预警提供借鉴。

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。

隧道排水系统工作能力对衬砌水压力的影响探讨

隧道衬砌水压力荷载的计算和分析中,隧道衬砌的渗透系数(隧道的排水能力)是一个重要指标。目前对于该指标的取值,往往基于经验或者假设,影响了相关分析结果的适用性。分析隧道衬砌水压力的计算理论和方法,并对隧道排水系统的工作性能及相关指标的测试方法进行讨论。建立隧道排水体系的串联模型,指出隧道排水系统的排水能力应取决于系统中最小排水能力部件的渗透系数。隧道排水体系中的每个部件应按照对应的测试方法和标准展开排水能力的试验或测试工作,以确定隧道排水体系的整体排水能力。通过对塑料排水板的通水量试验,验证了排水能力与入渗水量之间的关系对衬砌水压的影响。试验结果表明排水系统应有一个工作最优的平衡点,同时试验结果发现隧道排水系统的性能指标应是动态变化的值。

基于等效渗透系数计算衬砌水压力方法研究

对于设置防水板和排导系统的复合式衬砌,由于防水板的隔水作用,围岩渗水主要通过防水板背后的盲管、反滤层及二次衬砌边墙底部排水孔排入隧道底部排水沟。这种地下水排导系统的设置,使得衬砌水压力的计算很难通过简化的解析方法求得。文章从工程实用化角度出发,提出了复合式衬砌等效渗透系数的概念和确定方法,其主要是通过引入虚拟的二次衬砌等效渗透系数"kl*",将设置防水板和排导系统的复合式衬砌的透水能力用等效渗透系数"kl*"来表示。在复合式衬砌等效渗透系数的基础上,可以利用整体式衬砌结构的水压力计算方法估算衬砌水压力,等效渗透系数"kl*"为复合式衬砌水压力的简化计算提供了有利条件。最后,通过算例验证了这种方法的合理性、有效性。

岩溶隧道衬砌水压力分布统计分析及模糊评价

对国内典型岩溶隧道衬砌水压力实测数据进行统计,分析衬砌水压力的影响因素,主要包括:地质构造、围岩渗透性、岩溶水补给、岩溶水排泄和岩溶水垂直分带.基于实测数据研究不同防排水方式下衬砌水压力的分布规律,全排水设计时衬砌水压力很小,全封堵设计时衬砌水压力几乎等于静水压力,释能降压处理能大幅度降低衬砌水压力,堵水限排设计可通过控制排水量以降低衬砌水压力.在衬砌水压力实测数据统计分析的基础上,建立隧道水压力模糊综合评价体系,根据水压力模糊评价结果,对隧道防排水方式的选择提出建议.

隧道衬砌水压力计算与控制方法探讨

研究目的:在长期运营过程中,因各种原因,隧道排水系统会逐步堵塞,二次衬砌也会逐步承受水压力作用。现有衬砌水压力的计算方法是基于横断面二维模型得出的,有必要基于防排水系统的空间效应,研究衬砌水压力的纵向分布特征及最大水压力控制方法。研究结论:(1)按现有横断面二维模型计算得到的结构水压力,考虑防排水系统的空间效应后会形成水压力重分布;(2)堵塞段二次衬砌最大水压力大致与地下水"余量"及堵塞段长度的平方成正比,与排水层的总面积及其渗透系数的乘积成反比;(3)建议二次衬砌水压力荷载取值:对于山岭隧道,当排水量小或维护作业难度小时可以不考虑水压力,否则宜控制在0.05~0.15 MPa以内;对于水下隧道,公路隧道宜控制在0.2~0.3 MPa以内,铁路隧道或地铁隧道宜控制在0.4~0.6 MPa以内;(4)在隧道内每间隔一定距离设置"泄压环"可以有效控制结构的最大水压力;(5)本研究结果可为隧道衬砌最大水压力取值与控制提供思路和方法。

岩溶地区隧道抗水压衬砌类型对比研究

广西地区某隧道地质情况复杂,岩溶发育程度高,且溶腔内富含填充物,与外界水力联系通畅,发生涌水突泥的几率非常高。通过对该隧道水文地质条件的研究、涌水突泥的原因分析以及现场可操作性的研究,对单层初期支护和双层初期支护方案分别进行了数值模拟分析,提出了新型的更适合现场施作的双层初期支护抗水压衬砌方案,对类似岩溶区隧道的设计和施工具有一定的指导意义。

高水压山岭隧道衬砌水压力有限元分析方法

在高水压岩溶区修建隧道在国内外都是个技术难题,采用效连续介质模型用数值方法分析了隧道渗流场的分布,对地下水在围岩、注浆圈、衬砌上水压力分布规律及其作用系数进行了分析。研究结果表明:衬砌背后水压力的大小与围岩、注浆圈、衬砌的厚度、渗透系数和隧道的控制排水量关系密切。

富水隧道衬砌水压力数值仿真与应用

基于流固耦合理论,建立富水隧道衬砌水压力数值仿真模型,流体模型采用各向同性渗流模型,隧道衬砌排水孔采用实体单元模拟,排水孔设定较大的渗透系数。数值仿真结果表明,排水减小了衬砌水压力,距离排水孔越近,衬砌水压力越小;反之,衬砌水压力越大。现场测试结果与数值仿真结果比较吻合,验证了该数值仿真模型的正确性。将该仿真模型应用在注浆设计中,增大注浆圈厚度,减小注浆圈渗透系数,衬砌水压力随之减小。

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。

强降雨条件下岩溶隧道衬砌背后水压力数值及新增排水系统分析

近年来,我国有许多新建隧道穿越岩溶区域,带来的高水压问题时常危害衬砌结构安全。文章依托浙江临建高速的虎溪台隧道岩溶地质案例,通过现场调研与数值仿真分析,揭示了低水位下渗流场的存在能有效减少衬砌孔隙水压,但强降雨时段仍有较大水压力,证明了衬砌抗水压设计的必要性。基于工程实例,提出了“截、引、排”结合的处理措施,整理出现场采取的排水系统优化方案,阐释了新增纵向排水渠、沉砂池以及检修井的作用。并通过理论计算确定了新增排水系统的最大排水量,预测出晴天-小雨时段和暴雨时段,左洞沉沙池建议清淤间隔分别为180天和35天,而右洞分别为233天和6.8天。文章得到的结果为类似工程排水系统设计探索了新思路,也将为岩溶区隧道设计与施工提供参考。

隧道衬砌水压力研究

随着隧道工程的发展,出现了越来越多的深埋隧道和富水隧道,其中地下水问题对隧道的安全使用具有很大影响。一些隧道由于没有考虑衬砌水压力的影响,使其在使用过程中出现衬砌破裂的现象,所以为了隧道的安全使用,在一些隧道的设计中不得不考虑衬砌水压力。本文基于衬砌水压力的重要性,总结了衬砌水压力的影响因素及衬砌水压力的计算方法及理论,以为衬砌水压力的计算提供理论依据。