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山岭隧道堵水限排衬砌外水压力研究

岩土工程学报 2005年第1期27卷 125-127页

作者：王秀英王梦恕张弥北京交通大学土建学院北京100044

我国是一个多山的国家,山地面积占三分之二以上.

关键词：山岭隧道堵水限排衬砌外水压力

计算隧道排水量及衬砌外水压力的一种简化方法

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北方交通大学学报 2004年第1期28卷 8-10页

作者：王秀英王梦恕张弥北京交通大学土木建筑工程学院北京100044

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... 详细信息

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.

关键词：道路工程隧道衬砌外水压力简化模型

渗透各向异性土体中水下隧道渗流量及衬砌外水压力研究

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渗透各向异性土体中水下隧道渗流量及衬砌外水压力研究

作者：乔彤浙江大学

学位级别：硕士

隧道工程是岩土工程领域研究的热点之一,跨江、跨海等水下隧道的建设越来越常见。目前“堵水限排”模式渐渐成为水下隧道防排水模式的主流。“堵水限排”防排水模式给地下水提供了渗流路径,地下水将透过衬砌流入隧道排水通道从而形成渗... 详细信息

隧道工程是岩土工程领域研究的热点之一,跨江、跨海等水下隧道的建设越来越常见。目前“堵水限排”模式渐渐成为水下隧道防排水模式的主流。“堵水限排”防排水模式给地下水提供了渗流路径,地下水将透过衬砌流入隧道排水通道从而形成渗流场,渗流场形成带来的关键工程问题是隧道渗流量和衬砌外水压力,隧道渗流量和衬砌外水压力的准确计算对于水下隧道的建设具有重要意义。目前为了简化计算,常将洞周土体当作渗透各向同性介质考虑,忽略了自然界土体多为渗透各向异性这一基本现实,少数考虑渗透各向异性的水下隧道渗流量和衬砌外水压力研究也未成体系。因此,本文从实际出发,综合采用理论解析、数值模拟等手段,对考虑洞周土体渗透各向异性的水下隧道渗流量及衬砌外水压力进行综合研究:研究内容包括:渗透各向异性、成层土、不良弱透水体、非圆形截面隧道、流固耦合等。主要研究成果如下:（1）考虑隧道洞周土体竖向和侧向渗透性差异,推导了渗透各向异性土体中水下圆形隧道渗流量和衬砌外水压力解析式。研究表明:忽略渗透各向异性将低估隧道渗流量和衬砌承受的水压力,尤其是渗透各向异性能改变浅埋隧道中水流的渗流路径,对浅埋隧道渗流量影响尤为显著。等水头模式下衬砌外水压力解析解与数值解更符合;等水压渗水模式在拱顶处的衬砌外水压力值因未考虑位势水头影响而与数值解存在一定的差异,且随土体渗透各向异性增强而增大。衬砌能够削弱渗透各向异性对渗流量和衬砌外水压力的影响,削弱能力随衬砌渗透性的降低和厚度的增加而增强。注浆圈能降低渗透各向异性的影响,当注浆圈渗透性是洞周土体渗透性的1/100以下时,一般可不考虑渗透各向异性对水下隧道渗流量和衬砌水压力的影响。（2）建立了考虑层状土体渗透各向异性的水下圆形隧道模型,推导了渗透各向异性层状土体中水下圆形隧道渗流量和衬砌外水压力解析式,从隧道渗流量的角度研究了弱透水层对水下隧道渗流场的影响。研究表明,弱透水层存在时,即使在较小厚度下也会大大降低隧道渗流量。因此,若水下隧道洞周介质中存在软黏土等弱透水层,应该重视其对隧道渗流场的影响。（3）针对非圆形水下隧道,综合采用坐标变换、保角映射、复变函数最优化技术推导了渗透各向异性土体中水下非圆形隧道渗流量及衬砌外水压力解析式,为考虑渗透各向异性的任意形状水下隧道解析研究提供一种通用方法。通过对比发现,本文法相比于等效周长和等效面积法更准确,与数值模拟结果更符合,考虑渗透各向异性对于准确计算隧道渗流量和衬砌外水压力具有重要意义。（4）借助COMSOL数值模拟软件,考虑渗流场和应力场之间的耦合作用,阐释了COMSOL流固耦合计算理论,分析了隧道截面形状、土体渗透各向异性对地表沉降、衬砌水压力、隧道渗流量的影响。研究表明:隧道截面形状会对隧道应力场和渗流场产生影响,矩形隧道地表沉降和渗流量最大,圆形隧道地表沉降和渗流量最小。隧道截面形状能够影响渗流场中孔压分布,矩形和直墙曲拱形隧道在突出角点部位存在衬砌外水压力激增现象,需要引起注意。渗透各向异性能够改变地下水渗流路径,进而改变水头分布,对衬砌各部位外水压力和隧道渗流量影响较大,而对地表沉降影响相对较小,地表最大沉降随洞周土体渗透各向异性变化幅度有限。

关键词：渗透各向异性非圆形隧道隧道渗流量衬砌外水压力坐标转换保角映射流固耦合作用

极端降雨条件下隧道衬砌外水压力及其受力特性研究

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极端降雨条件下隧道衬砌外水压力及其受力特性研究

作者：王维重庆交通大学

学位级别：硕士

近年来,我国基础设施建设规模蓬勃发展,公路、铁路隧道工程数量急剧增加,为国民经济发展带来诸多便利。然而研究表明,地下水渗流到隧道衬砌背后形成的水压力常常导致衬砌结构出现渗漏水、甚至变形开裂等问题。目前,科研人员在研究隧道... 详细信息

近年来,我国基础设施建设规模蓬勃发展,公路、铁路隧道工程数量急剧增加,为国民经济发展带来诸多便利。然而研究表明,地下水渗流到隧道衬砌背后形成的水压力常常导致衬砌结构出现渗漏水、甚至变形开裂等问题。目前,科研人员在研究隧道衬砌结构外水压力问题时,为了简化计算,常认为围岩渗流场是稳态的,忽视了雨水入渗对渗流场的影响。在我国西南地区雨水充沛,近些年极端天气频发,因此,研究极端降雨条件下隧道衬砌外水压力及其受力特性具有重要的意义。鉴于此,本文综合采用现场监测、理论分析以及数值模拟计算等方法,对极端降雨条件下隧道衬砌结构外水压力及其受力特性进行了系统地研究;探究了极端降雨条件下隧道排水性能对衬砌外水压力的影响。本文主要内容及结论如下:(1)以重庆市境内某隧道为依托,对隧址区降雨情况、衬砌外水压力、支护压力开展了长期监测。通过分析不同降雨入渗条件下的监测数据,获得了衬砌结构外水压力、支护压力与降雨强度、降雨时长的变化规律。现场监测结果说明隧址区降雨入渗对衬砌结构受力有着很大影响。(2)基于降雨入渗与非饱和渗流理论,探讨了降雨的物理过程,总结了负孔隙水压力、土体饱和度与渗透系数的函数关系,利用FLAC3D数值计算软件的FISH语言自编程功能对入渗边界条件与渗流模块进行了二次开发,实现了极端降雨条件下隧道工程非饱和渗流有限元计算。(3)利用自编的降雨非饱和渗流修正模块,考虑流固耦合作用,以降雨前隧道周边稳态渗流场作为初始条件,分析了不同降雨强度、降雨时长、初始水位等工况隧道渗流场与应力场的分布规律。结果表明:降雨后,衬砌结构外水压力、应力、位移显著提高。衬砌结构外水压力、结构应力与位移随降雨强度、降雨时长的增加而增加,但由于土体渗透能力与饱和度的限制,这种增长趋势不会一直存在;降雨前初始地下水位越低,极端降雨条件下衬砌结构外水压力、结构应力与位移受影响程度越大。(4)基于有限差分法,对不同降雨条件与排水性能工况进行了计算,揭示了极端降雨条件下隧道排水性能对衬砌结构外水压力的影响规律,并针对依托工程制定了不同降雨条件下合理的地下水排放量。结果表明:隧道排水系统的设置,对极端降雨条件下衬砌结构外水压力有明显的削弱作用;排水系统性能、降雨强度、降雨时长均会影响隧道地下水排放量;衬砌结构外水压力与隧道地下水排放量呈负线性相关,衬砌外水压力随排放量的增加而逐渐降低。

关键词：极端降雨非饱和渗流流固耦合衬砌外水压力受力特性

富水环境下隧道地下水限量排放的衬砌外水压力分析

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四川建筑 2020年第5期40卷 96-98,102页

作者：张进西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室四川成都610031

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... 详细信息

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。

关键词：富水隧道工程流固耦合堵水限排控制排水量衬砌外水压力

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

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广东水利水电 2023年第4期 17-20,47页

作者：谢小帅广东粤海珠三角供水有限公司广州510000

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... 详细信息

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。

关键词：引水隧洞衬砌外水压力衬砌厚度衬砌施工

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限量排放下富水隧道衬砌外水压力计算探讨

公路交通技术 2006年第2期22卷 88-90页

作者：陈林杰蒋树屏重庆交通大学应用技术学院重庆400042 重庆交通科研设计院重庆400067

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。

关键词：限量排放富水隧道衬砌外水压力

高水位隧道堵水限排衬砌外水压力计算的理论和实验研究

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高水位隧道堵水限排衬砌外水压力计算的理论和实验研究

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

铁路客运专线建设技术交流会

作者：王秀英王梦恕张弥谭忠盛皇甫明北京交通大学土建学院北京交通大学土建学院北京交通大学土建学院北京交通大学土建学院北京交通大学土建学院

本文阐述了传统的对地下水采取“以排为主”的设计思想的缺点,指出山区高水位隧道设计中对地下水处理应遵循“堵水限排”的原则。文中通过一种简化模型计算,分析了圆梁山隧道毛坝向斜段衬砌外水压力与排水量的关系,并通过室内试验研究... 详细信息

本文阐述了传统的对地下水采取“以排为主”的设计思想的缺点,指出山区高水位隧道设计中对地下水处理应遵循“堵水限排”的原则。文中通过一种简化模型计算,分析了圆梁山隧道毛坝向斜段衬砌外水压力与排水量的关系,并通过室内试验研究了衬砌外水压力和排水量的关系以及注浆对衬砌水压的削减作用,理论分析与室内试验规律完全吻合。

关键词：高水位隧道堵水限排衬砌外水压力理论分析室内试验

来源： cnki会议评论

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岩石力学与工程学报 2018年第10期37卷 2288-2298页

作者：于丽方霖董宇苍王明年西南交通大学土木工程学院四川成都610031 西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室四川成都610031

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... 详细信息

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。

关键词：隧道工程高水压隧道围岩渗透影响范围衬砌外水压力模型试验数值模拟