降雨对江底凹形纵坡隧道排水池区段的影响及排水报警方法

作     者：袁立刚 冷伍明 姜涌 朱铁环 安永林 岳健 

作者机构：中南大学土木工程学院 中国建筑一局(集团)有限公司 湖南科技大学土木工程学院 

出 版 物：《铁道科学与工程学报》 (Journal of Railway Science and Engineering)

年 卷 期：2024年

学科分类：081406[工学-桥梁与隧道工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

基　　金：湖南省自然科学基金资助项目(2021JJ30248) 

主　　题：降雨 江底隧道 凹形纵坡 排水池区段 力学影响 排水报警方法 

摘      要：内陆地区的城市越江道路隧道如果采用凹形大纵坡，又未在两洞之间设置联络通道时，排走洞内积水依赖于设在凹形纵坡最低处衬砌环内的行车道板之下的排水池。为了探明降雨对江底隧道排水池区段结构的影响规律以及预防事故的发生，首先，针对所研究隧道进行了5年的现场调查研究，获得了降雨影响下的隧道上方江水位的变化特性。然后，基于现场调查研究成果建立了三维数值模型，通过数值模拟，研究了降雨对江底凹形纵坡隧道排水池区段的衬砌结构与内置排水池结构的受力性状的影响。最后，在现场调查与数值模拟的基础上，通过编制程序与模型试验研究了相应的排水报警方法。研究结果表明：降雨导致江水位上涨使排水池池壁沿纵向的轴力增大，主要是因为凹形纵坡最低处的排水池池壁受到了两边斜坡段结构的偏心夹持；如果降雨导致衬砌结构漏水，会牵连影响到内置的排水池结构，使排水池池壁局部的内力明显增大；如果降雨导致排水池充满水，虽然会使衬砌环的最大压应力有所减小，但会使排水池池壁顶部的弯矩明显增大；在排水池内安装水位自动传感器，当排水池内的水位达到低水位报警水位、高水位报警水位、关闭隧道报警水位时都能够自动报警，编制了相应的PLC（可编程逻辑控制器）程序以实现上述功能；并通过排水报警模型试验，验证了所编制的PLC程序是有效的。研究成果可为隧道的健康服役及其雨灾智能防控利用和参考。