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高水压隧道围岩渗流-应力耦合作用模式研究

岩土力学 2008年第S01期29卷 237-240页

作者：王建秀胡力绳张金唐益群杨坪同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室上海200092 同济大学地下建筑与工程系上海200092

近年来,我国修建的长大隧道经常遭遇高压地下水作用,隧道围岩中渗流场与应力场存在着耦合作用。对于高水压隧道而言,按照耦合过程中围岩的破坏情况,可以分为变形过程中的耦合作用和破裂过程中的耦合作用。如果只考虑隧道开挖后围岩的变... 详细信息

近年来,我国修建的长大隧道经常遭遇高压地下水作用,隧道围岩中渗流场与应力场存在着耦合作用。对于高水压隧道而言,按照耦合过程中围岩的破坏情况,可以分为变形过程中的耦合作用和破裂过程中的耦合作用。如果只考虑隧道开挖后围岩的变形,则渗流-应力耦合作用可概括为天然充填物变形、无充填裂隙接触变形、裂隙时效变形和人工充填物变形等模式。考虑隧道开挖过程中围岩的破坏,则渗流-应力耦合作用可以概括为卸荷和水力劈裂裂隙模式。在隧道二次应力场中,变形和破裂过程相伴而生,耦合作用模式的建立可以为隧道设计、施工及地质灾害防治提供明确的概念模型和参考依据。

关键词：高水压隧道围岩二次应力耦合作用模式数学模型

基于双粘型防水材料的高水压隧道新型堵水限排方案及设计方法

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隧道建设（中英文） 2024年第3期44卷 564-575,I0069-I0080页

作者：孙晓贺施成华肖国庆葛洋洋中南大学土木工程学院湖南长沙410075 中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司湖南长沙410014 北京东方雨虹防水技术股份有限公司特种功能防水材料国家重点实验室北京101309

为解决高水压隧道渗漏水病害并减少治理成本,基于双粘型喷膜防水材料,提出一种由注浆加固圈、双粘型防排水系统和防水衬砌3部分组成的新型堵水限排方案。依托数值计算方法,揭示该方案的水压分布特征并论证其有效性,进而分析注浆圈及排... 详细信息

为解决高水压隧道渗漏水病害并减少治理成本,基于双粘型喷膜防水材料,提出一种由注浆加固圈、双粘型防排水系统和防水衬砌3部分组成的新型堵水限排方案。依托数值计算方法,揭示该方案的水压分布特征并论证其有效性,进而分析注浆圈及排水板各参数对隧道涌水量及衬砌水压力的影响规律;在此基础上,提出高水压隧道多级控制型限排方案的设计方法。研究结果表明:1)新型堵水限排方案可通过调节注浆圈及排水板参数使二次衬砌水压力降低到可接受范围;2)与传统高水压隧道主要依靠注浆圈来调节渗水量及衬砌水压力不同,新型限排方案可采用注浆圈+排水板多级调控方法,方案设计更加灵活,其中注浆圈占主导作用;3)注浆圈对降低隧道渗水量及衬砌外水压力均有利,其中渗透系数参数最为重要;4)仅当注浆圈渗透系数得到保障时,才存在合理的排水板间距使衬砌水压力与隧道渗水量控制在合理范围内。

关键词：高水压隧道双粘型防水堵水限排喷膜防水渗流分析

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高水压隧道渗流场的流固耦合研究

高水压隧道渗流场的流固耦合研究

作者：吴金刚北京交通大学

学位级别：硕士

为了研究高水压隧道渗流场的分布规律，本文利用理论解析、数值模拟、模型试验和现场测试等多种手段，对其进行了全面系统的研究，取得了一些有意义的研究成果，并依托铁道部研究课题“宜万铁路齐岳山隧道衬砌水压力特征研究”和厦门路... 详细信息

为了研究高水压隧道渗流场的分布规律，本文利用理论解析、数值模拟、模型试验和现场测试等多种手段，对其进行了全面系统的研究，取得了一些有意义的研究成果，并依托铁道部研究课题“宜万铁路齐岳山隧道衬砌水压力特征研究”和厦门路桥公司科研项目“应力场、渗流场组合作用下衬砌结构受力特征及断面优化的模型试验研究”进行了工程应用。本文主要开展了以下几方面的研究工作： (1)提出将隧道的渗流过程区分为稳定流和非稳定流两个阶段的研究思路。在非稳定流阶段，围岩变形和渗流场的重新分布同时进行且相互影响，须考虑流、固耦合作用对渗流场分布的影响;而在稳定流阶段，围岩变形和渗流场分布趋于稳定，不再发生变化，此时可不考虑其间的相互影响作用，从而不予考虑流、固耦合作用对渗流场分布的影响。 (2)利用复变函数方法与抽水井的“圆岛模型”，运用解析解的方法系统的研究了均匀介质中稳定流的渗流场分布，给出了高水压岩溶隧道周边地层水压分布规律计算公式。并通过数值模拟进行计算对比，验证了本文解析解的正确性。此外，本文还推导了不良地质围岩中(含溶洞、断层和隔水层)渗流场的计算公式。 (3)研究了流、固耦合条件下等效连续介质中渗流场分布的数学模型，并对围岩应力作用下渗流场参数的变化进行了研究，提出将耦合后的渗流参数代入稳定流方程，计算耦合作用结束后的稳定流渗流场的研究方法。 (4)通过数值模拟，分析了稳定流和非稳定流的渗流场和结构受力规律。在稳定流分析中，研究了隧道涌水量和注浆圈参数之间的关系，如注浆厚度、注浆圈渗透系数以及不同排水量，得到了衬砌背后水压力和排水量的关系曲线;在非稳定流计算中，研究了流、固耦合条件下不良地质条件围岩中的渗流场分布，对“支护紧跟”和“支护滞后”两种情况下围岩地表变形和衬砌结构受力等进行了对比，最后通过数值模拟对比研究双场叠加和双场耦合的不同作用，得到耦合远比叠加作用危险的结论。 (5)以模型试验为手段，进行了厦门海底隧道渗流场和衬砌结构受力特征进行了试验研究。得到了隧道断面注浆圈内、外侧水压力的分布规律;对结构受力变形特征进行了试验测试，得到衬砌的受力变形规律，并对测试结果进行了数值分析验证。 (6)对齐岳山隧道的衬砌背后水压力和隧道涌水量进行了现场量测试验。但由于隧道还处于施工中，衬砌背后水压力还没有形成，本部分的工作还需要进一步完善。

关键词：高水压隧道渗流场流固耦合模型试验复变函数镜像法光纤光栅

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高水压隧道围岩渗流-应力耦合作用模式研究

高水压隧道围岩渗流-应力耦合作用模式研究

第二届中国水利水电岩土力学与工程学术讨论会

作者：王建秀胡力绳张金唐益群杨坪同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室同济大学地下建筑与工程系

关键词：高水压隧道围岩二次应力耦合作用模式数学模型

来源： cnki会议评论

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高水压山岭隧道受力特性计算分析

福建交通科技 2013年第4期 19-22页

作者：缪圆冰吴凌霄郑斌福州大学土木工程学院福州350108 福建省交通规划设计院福州350004

与普通山岭隧道有所不同,高水压山岭隧道支护结构将承受很大的外水压力,具有很大的施工风险。本文以福建省旗山隧道下穿水库的高水压段为工程背景,通过对高水压隧道的围岩及衬砌结构受力特征的分析研究,得出以下结论:高水压隧道在采用... 详细信息

与普通山岭隧道有所不同,高水压山岭隧道支护结构将承受很大的外水压力,具有很大的施工风险。本文以福建省旗山隧道下穿水库的高水压段为工程背景,通过对高水压隧道的围岩及衬砌结构受力特征的分析研究,得出以下结论:高水压隧道在采用超前帷幕注浆堵水后,可保证在高水压、围岩压力共同作用下的围岩和衬砌结构的安全;不同于普通山岭隧道,高水压隧道仰拱的弯矩值明显大于拱部,最不利位置在拱脚和仰拱,应对仰拱加强设计。

关键词：高水压隧道外水压力衬砌注浆加固圈

高水压单线铁路隧道二次衬砌水压设计限值研究

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现代隧道技术 2018年第3期55卷 37-45页

作者：王秀英王北华谭忠盛王永红北京交通大学土木建筑工程学院北京100044

随着我国高速铁路建设的快速发展,深埋长大山岭隧道的修建数量明显增加,隧道遭遇高水压的问题也更为突出。如何合理地进行高水压隧道的衬砌设计,是目前隧道工程界重点关注的问题之一,其中二次衬砌水压预测及设防等级的确定是制约设计的... 详细信息

随着我国高速铁路建设的快速发展,深埋长大山岭隧道的修建数量明显增加,隧道遭遇高水压的问题也更为突出。如何合理地进行高水压隧道的衬砌设计,是目前隧道工程界重点关注的问题之一,其中二次衬砌水压预测及设防等级的确定是制约设计的关键环节。文章通过对已建典型高水压隧道的分析及理论计算,研究了高水压隧道二次衬砌水压设计的限值。研究表明:(1)高水压隧道衬砌的设防等级应有一个上限;(2)二次衬砌厚度取值以不超过1 m为宜,继续增大厚度对提高结构安全性效果不明显;(3)单纯通过提高混凝土强度来达到提高二次衬砌结构承载力的目的并不是很理想,高水压隧道二次衬砌合理强度等级以取C40~C50为宜;(4)从衬砌安全性综合考虑,高水压隧道抗水压的最大限值以取1.2 MPa为宜,不宜过大。当实际预测水压超过此值时,应采取综合措施将衬砌水压调整在合理范围内。

关键词：高水压隧道衬砌厚度强度等级水压限值

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高水压富水隧道地下水处治理念与对策

现代隧道技术 2019年第S1期56卷 51-57页

作者：郑波王建宇吴剑中铁西南科学研究院有限公司成都611731 四川省隧道安全工程技术研究中心成都611731

针对高水压富水隧道水害防治难题,文章从环境保护和结构优化角度,提出"严堵+畅排"的地下水处治理念。"严堵"指通过施作全环注浆加固圈形成隔水圈,严格控制地下水排放流量;"畅排"指在形成全环隔水圈的条件下仍设置具有足够排水能力的排... 详细信息

针对高水压富水隧道水害防治难题,文章从环境保护和结构优化角度,提出"严堵+畅排"的地下水处治理念。"严堵"指通过施作全环注浆加固圈形成隔水圈,严格控制地下水排放流量;"畅排"指在形成全环隔水圈的条件下仍设置具有足够排水能力的排导系统将围岩渗水畅通排出,缓解甚至消除作用在衬砌上的水压力。高水压富水隧道排导系统的闭合性和排导能力是消减水压力的关键,透水层宜与凹凸防水板组合使用,建立立体防排水体系。为防止沿隧道结构的纵向"窜水"引起隧道病害,应积极采用分区防排水措施,分区单元长度应与衬砌泄水孔、隧道纵向坡度等协调。研究成果可为高水压富水隧道的设计、施工以及运营维护提供参考。

关键词：高水压隧道严堵畅排全环注浆闭合性排导分区防排水

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

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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

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高压富水区限排隧道围岩与衬砌水压力场研究

地下空间与工程学报 2017年第1期13卷 146-152页

作者：黄锋魏源泉蒋树屏林志郭军招商局重庆交通科研设计院有限公司重庆400067 重庆交通大学土木工程学院重庆400074

以穿越重庆市中梁山高水压岩溶区的石板隧道为例,采用有限元稳态渗流分析方法,对地下水控制排放下隧道衬砌周围与围岩内的水压力场进行了研究,分析了半包防水与全包防水条件下衬砌上的水压力分布规律,以及全包防水条件下注浆与否围岩内... 详细信息

以穿越重庆市中梁山高水压岩溶区的石板隧道为例,采用有限元稳态渗流分析方法,对地下水控制排放下隧道衬砌周围与围岩内的水压力场进行了研究,分析了半包防水与全包防水条件下衬砌上的水压力分布规律,以及全包防水条件下注浆与否围岩内的孔隙水压力特征。研究表明:(1)采用全包防水,不但可以改善隧道的防水条件,而且可以缓解仰拱的水压力,这对于隧道衬砌的耐久性是有利的;(2)隧道排水率对隧道衬砌周围的水压力有显著影响,当地下水较丰富时,注浆可使隧道排水率增加、衬砌压力减小;(3)围岩注浆可以减小隧道排水对围岩水压力的影响范围,且孔隙水压力在注浆圈范围内变化梯度很大。

关键词：高水压隧道控制排放全包防水半包防水数值模拟