各向异性渗流深埋隧洞衬砌外水压力解析研究

基于渗流力学基本理论,进行各向异性深埋隧洞渗流场解析研究。由稳定渗流场基本微分方程结合深埋隧道渗流场边界条件,利用坐标变换法将地层从各向异性转换为等效各向同性,运用保角变换将渗流方程转化为Laplace方程;将围岩渗流区域进行分区计算,得到围岩的渗流量计算公式;考虑衬砌为各向同性渗流,根据围岩与衬砌分界面上的渗流量相等得到衬砌外水压力的解析表达式,在此基础上考虑注浆圈及其对衬砌外水压分布的作用,得到了带注浆圈隧道衬砌水头和渗流量的解析解;通过与各向同性解析解和数值算例的计算结果对比,验证了公式的正确性。分析围岩水平与竖向渗透系数、注浆圈参数、衬砌参数、作用水头高度和隧道半径等因素对衬砌外水压力的影响,并考虑了各向异性渗流情况下衬砌外水压力与隧道渗流量的关系曲线。

珠江三角洲水资源配置工程深埋引水隧洞衬砌外水压力分析

依托广东省珠江三角洲水资源输水干线工程,针对LG04^(#)~LG03^(#)盾构区间引水隧洞衬砌外水压的渗透压力最大变化速率波动因素开展分析,阐述了衬砌厚度的变化与隧洞外水压力的响应机制,结果表明:在水头高度较小时,隧洞开挖对整个山体渗流场影响不大,其渗透压力变化较小,随着水头高度的增加,渗流场对隧洞的影响范围随之增大。在地下水头固定的条件下,随着衬砌厚度的增大,衬砌可承受的外水压力逐渐增大。同时,地下水头越大,衬砌厚度的增加对衬砌所能承受的外水压力影响更加显著。增加衬砌厚度是抵抗衬砌外水压力的有效手段,衬砌厚度的增加有助于增强衬砌抵御外水压力和围岩压力的能力,堵水能力也相应增强。根据理论分析结果,在隧道施工过程中采用厚度0.55 m的后张法C50W12F50现浇后张无粘结预应力混凝土内衬结构,工程应用后衬砌外水压力的速率波动得到较好控制。

限量排放下富水隧道衬砌外水压力计算探讨

从隧道涌水量预测、水工隧洞求解衬砌外水压力常用的折减系数法等方面,通过简化模型分析隧道富水段在“限量排放”下的衬砌外水压力计算方法,并探讨“限量排放”的实施问题,得出一些有益的结论供设计参考。

计算隧道排水量及衬砌外水压力的一种简化方法

针对山区高水位隧道建立了研究隧道排水量及衬砌外水压力的简化模型,经过理论推导得出隧道排水量以及衬砌、注浆加固圈外水压力的解析公式,并将其应用于圆梁山隧道涌水量预测及排水量与衬砌水压关系研究.研究结果表明,随着隧道排水量的增加,衬砌水压减小,只有在考虑衬砌的排水性能即采取排水措施时才能发挥注浆加固圈对渗透水压的衰减作用,所得结论对于山区高水位隧道设计具有一定指导作用.

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。

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。

基于温度比拟法的隧道衬砌水压精细化模拟分析

为验证温度比拟法在隧道衬砌水压计算中的精度与可行性,在隧道开挖未支护、施作衬砌以及围岩注浆3种工况下,将该法的计算结果与理论解析法轴对称解、流固耦合法进行对比.针对高速公路典型双车道马蹄形断面建立含有隧道防排水系统的精细化模型,研究衬砌外水压力在隧道横断面和纵断面上的分布规律.结果表明:施作衬砌后,衬砌外水压力明显增大,围岩注浆则可在围岩和衬砌之间形成水压过渡缓冲区,使衬砌外水压力减小;衬砌外水压力在纵向排水管以上呈周期性分布,在排水节间中部最大,在环向排水管处最小;横断面水压则呈现倒葫芦形,在拱脚处最小,在拱顶和仰拱处较大;在既定的计算假设下,温度比拟法与轴对称解的最大误差为0.3%,与流固耦合法的最大误差为14.8%,满足工程精度要求.

断层破碎带隧道衬砌仰拱优化设计

文章以某山岭隧道为研究背景,针对隧道穿越断层破碎带时,拱部二次衬砌浇筑完成后仰拱出现大量涌水,需进行仰拱下挖的断面优化问题,采用温度比拟法,快速计算衬砌结构的外水压力,并研究在该水压下,不同仰拱和过渡圆弧曲率组合对衬砌内力的影响,计算断面的安全系数,选择合理的结构优化方案。结果表明:(1)断层破碎带的存在会影响围岩渗流场的分布,使断层附近的衬砌外水压力大幅上升;(2)随着过渡圆弧与仰拱半径之比R*的增大,断面形式由马蹄形逐渐向圆形过渡,衬砌的弯矩值和轴力值降低,尤其是仰拱和拱脚的弯矩值降低显著,断面的弯矩分布更为均匀,结构的受力状态得到改善,安全系数增大。(3)当R*=0.5时,衬砌正负弯矩分布较为均匀,断面最小安全系数达到2.65,且继续增大R*对安全系数的提高已不明显。因此,结合造价、工期等因素,选取R*=0.5为本工程最佳断面优化方案。

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。

围岩水压力影响因素分析

为保护洞顶山区的水资源和环境,近年来,隧道防排水开始尝试"以堵为主,防排结合"的原则。但是,隧道封堵地下水便会承受巨大水压力,尤其是深埋岩溶长隧道,水压力往往高达若干兆帕,使衬砌难以承受。因此,确定隧道外水压力成为设计中的一个关键问题。在"以堵为主,防排结合"中"堵"是控制流量,而"排"则是减小作用在衬砌结构上水压力的主要手段。一方面在衬砌背后设置排导系统,用以消减水压力;另一方面采用地层注浆来控制地下水排放流量。就此根据公式导出水压力、排水量与注浆圈三者之间的关系。

水下隧道渗流场解析解及其应用

以复变函数和地下水水力学理论为基础,推导由围岩、注浆圈、衬砌混凝土组成的水下隧道渗流场解析解。以厦门海底隧道F4风化囊地段为工程背景,研究影响围岩、注浆圈、衬砌的渗流参数对衬砌外水压力和渗流量的影响。研究结果表明,注浆圈和初期支护施工效果对衬砌后水压力和渗流量的影响很大,应重视注浆圈和初期支护的施工。当排水系统堵塞,渗流量减小时,初期支护和二次衬砌的外水压力会重新分配。结合理论计算和现场实测水压力结果,提出在堵水限排情况下,初期支护水压力可降至静水压力的1/3。

基于围岩渗透影响范围的隧道外水压力计算方法模型试验研究

采用大型隧道渗流模拟试验系统,分析围岩渗透系数、初始水头高度、隧道排水率等因素对围岩渗流场分布、隧道背后水压力的综合影响,给出围岩渗透影响范围、隧道背后水压力的计算公式,并采用数值计算软件对其进行验证。研究表明:隧道排水会对隧道周边局部范围内围岩渗流场产生影响(即围岩渗透影响范围);围岩渗透系数、初始水头高度、隧道排水率均会对围岩渗透影响范围产生影响;围岩渗透影响范围分别与围岩渗透系数、隧道排水率呈正相关关系,且渗透系数对于围岩渗透影响范围的影响较大;围岩渗透影响范围与初始水头高度呈线性正相关关系,且围岩渗透影响范围系数仅与排水率、渗透系数有关,而与初始水头高度无关;围岩渗透影响范围系数、排水率和渗透系数三者呈二次曲面关系;同时,得到了隧道背后平均水压力计算公式;围岩渗透影响范围、隧道背后水压力公式计算结果与FLAC数值模拟计算结果吻合良好,证明提出的公式正确、合理。研究方法与成果对高水压地区隧道结构抗水压设计、施工具有一定的参考指导作用。

富水隧道基于温度比拟法的合理注浆参数研究

以南大梁(南充-大竹-梁平)高速华蓥山隧道为工程背景,针对其在断层富水区段使用的"以堵为主,限量排放"的防排水原则,采用温度比拟法对不同注浆参数下衬砌的外水压力、内力、安全系数以及隧道排水量进行研究。研究结果表明:注浆圈在一定施作范围内可有效降低隧道洞内排水量、衬砌结构外水压及其内力,从而增大衬砌结构安全系数,提高其安全储备能力,但总体而言,注浆参数存在一个相对经济合理的范围。据此,以隧道设计排水量和二次衬砌结构安全性为评判标准,结合隧区生态环境等要求,提出华蓥山隧道注浆参数的设计建议值。

海底隧道涌水量的预测及其应用研究

文章采用理论分析方法,推导了均质围岩中海底隧道注浆圈外表面、衬砌外水压力及涌水量的理论解析公式,并分析了涌水量与各量值之间的关系。通过对地下水渗流场数学模型研究,采用等效连续介质模型用数值方法分析了隧道渗流场的分布,计算出海底隧道的每延米涌水量,并与理论解析解进行了对比分析。结果表明,海底隧道的涌水量不仅与围岩和注浆圈的渗透系数的比值关系密切,而且还与隧道的半径、远场水压力、注浆圈的半径有关;数值计算所得结果与理论解析公式计算得到的涌水量基本一致;为了确保海底隧道施工及运营的安全,应采取"以堵为主,限量排放"的治水方案。

海底隧道涌水量的预测及其应用

海底隧道深埋于海水以下,处于高水压富水区,涌水是海底隧道的最大威胁。涌水量预测是海底隧道防排水设计和施工措施制定的依据。采用理论分析方法,推导了均质围岩中海底隧道注浆圈外表面、衬砌外水压力及涌水量的理论解析公式,并分析了涌水量与各量值之间的关系。通过对地下水渗流场数学模型研究,采用等效连续介质模型用数值方法分析了隧道渗流场的分布,计算出海底隧道的每延米涌水量,并与理论解析解进行了对比分析。结果表明:海底隧道的涌水量不仅与围岩和注浆圈的渗透系数的比值关系密切,而且还与隧道的半径、远场水压力、注浆圈的半径有关;数值计算所得结果与理论解析公式计算得到的涌水量基本一致;为了确保海底隧道施工及运营的安全,应采取"以堵为主,限量排放"的治水方案。

隧洞外水压力计算中等效渗透系数研究

文章通过理论分析与数值分析相结合的方法,首先定量分析了折减系数取值规律;然后研究了排水孔对等效渗透系数的影响。对于衬砌外水压力的定量分析有一定参照意义。

基于流固耦合的富水区隧道注浆圈优化研究

分析地质复杂的富水山岭隧道的渗流问题,并基于渗流场流固耦合理论,研究采取注浆加固措施,注浆圈对渗流场的影响。通过理论分析、公式推导、数值分析的方法,并结合工程实践,在分析富水区隧道渗流场的基础上,得到以下几个结论:(1)建立富水区深埋隧道渗流简化模型,推导了渗流场下,隧道涌水量、注浆圈外水压力和衬砌外水压力的推导公式;(2)详细分析了注浆圈对涌水量、衬砌外水压力的影响,涌水量和衬砌外水压力之间的影响,FLAC3d数值分析建立模型,通过数值计算,验证了公式推导的正确,这可对类似工程提供有效的指导和借鉴。

新奥法海底隧道防排水体系设计与应用现状综述

海底隧道由于所处的海域环境特点,使其在结构体系及防排水方面都具有较高的要求,长期渗漏水将严重影响结构与行车安全。本文对国内外新奥法海底隧道防排水体系的研究与应用现状进行了阐述,重点分析了衬砌外水压力、结构允许排水量与新型隧道防水材料的研究现状,综合比较后认为喷膜式防水体系在海底隧道中有着广阔的应用前景。