高压富水地区隧道渗流场分析与衬砌抗水压力对策研究

作     者：何聪 

作者单位：西南交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：何川

授予年度：2015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] 

主      题：高压富水地区 温度比拟法 渗流场 抗水压衬砌 

摘      要：山岭隧道在穿越高压富水地区时,水文地质条件十分复杂,不可避免的会遇到断层破碎带、岩溶、局部高水压等不良地质状况,地下水问题尤其是高水压问题是建设者无法回避的重要问题之一。本文以南大梁(南充-大竹-梁平)高速华蓥山隧道为工程依托,以其建设过程中所面临的高水压问题为研究对象,通过采用数值模拟等研究手段,针对高水压下“以堵为主,限量排放的渗流场体环境和衬砌结构外水压分布规律等开展深入研究。主要研究成果如下：(1)基于有限元计算软件ANSYS中温度场和渗流场在基础理论、微分控制方程、初始条件和边界条件等四方面的相似性,明确了温度场和渗流场进行置换的相应参量,并通过实例计算分析,对比分析了不同施工阶段理论解析法与温度比拟法的计算结果,论证了温度比拟法的可行性和适应性。(2)针对“堵水限排原则修建的山岭隧道,采用温度比拟法,揭示了地下水渗流场体环境特征和支护结构外水压力分布规律,探明了不同环向排水管纵向间距和注浆参数下衬砌结构力学行为特征,提出适用于高压富水地区合理的环向排水管纵向间距和注浆参数。(3)基于等效渗透系数的概念,实现了采用仰拱水压相等原则对复杂精细的复合式衬砌模型的简化;探明了隧道穿越断层破碎带的纵向水压力分布规律,引入了表征抗水压衬砌承载能力的R*值,提出了基于仰拱曲率优化的抗水压衬砌结构对策。论文研究成果为解决高压富水地区地下水防治和结构对策等问题提供了理论依据和实用方法,实现高压富水地区地下水的限量排放,即可以保证隧道施工安全,又能尽可能减小对环境的影响,可为其它地区隧道工程建设提供参考。