深埋隧道衬砌外水压力取值方法

在当前技术条件支持下,水利工程施工期间,常见深埋隧道,处理难度较大。对于深埋隧道而言,如何解决施工以及运行期间的高水压以及涌水、突水问题值得各方人员关注。当前比较有效的方法是:根据工程特点,对衬砌结构进行合理加固。结合这一研究背景,本文以深埋隧道为例,在衬砌结构下研究确定外水压力取值的方法与要点,希望能够在相关的实践工作中引起特别关注与重视,促使结构加固方案更加的有效。     

深埋斜井隧道衬砌外水压力折减系数研究

为研究衬砌外水压力对煤矿斜井隧道衬砌结构的影响,以穿越含水量大、富水性弱地层的斜井隧道工程为背景,通过分析地下水渗流过程中水力学特性、地层性质等因素引起的水头降低,得出衬砌外水压力折减系数的解析式。同时以该工程为依托,采用有限元模拟的方法评价和验证衬砌外水压力折减系数算式的合理性。在此基础上,探究了注浆圈半径、注浆圈渗透系数、隧道半径等三个工程可控因素对衬砌外水压力折减系数的影响。结果表明：注浆圈厚度的增大会明显降低衬砌外水压力折减系数,而注浆圈渗透系数及隧道半径的增大,会使得衬砌外水压力折减系数显著增大。     

山岭隧道堵水限排衬砌外水压力研究

0前言我国是一个多山的国家,山地面积占三分之二以上.     

隧道排水系统非对称堵塞对衬砌外水压力的影响

基于目前未见对隧道排水系统非对称堵塞后的衬砌外水压力的变化规律的研究,以重庆中梁山某隧道为研究背景,建立了隧道及其排水系统的简化模型,通过模拟不同长度的排水系统非对称堵塞,研究了隧道衬砌结构受到的水压力的变化规律,并且在隧道工程中进行了现场模拟排水系统堵塞的试验,试验结果与数值模拟可相互印证。研究结果表明:(1) 隧道排水系统单侧堵塞后,堵塞侧二次衬砌背后的水压力在短时间内将上升,然后逐渐下降至稳定,但高于排水系统正常时的水压;(2) 隧道排水系统非对称堵塞长度不断增加时,堵塞侧二次衬砌背后受到的外水压力峰值和稳定值也不断增加;(3) 隧道排水系统非对称堵塞长度不断增加时,注浆加固圈承受的最大水压力绝对值不断在增加,但注浆加固圈分担水压力的能力将逐渐减小。     

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\"...     

外水压下隧道围岩与衬砌的随机有限元分析

为探讨在外水压力作用下隧道围岩和衬砌的力学承载特性,以龙潭隧道为依托,进行了随机有限元数值模拟。模拟采用了响应面法和蒙特卡罗模拟的手段,并进行了响应面方程拟合和概率敏感性及相关性的计算分析。分析结果表明,在外水压力的作用下,隧道衬砌的破坏形式以受压破坏为主,提高围岩弹性模量较衬砌弹性模量对改善衬砌承载外水压的力学性能更为有效。并在此基础上指出,外水压下的衬砌设计和隧道施工应考虑下述因素:围岩可以分担外水压力的承载特性、地层结构法的计算模型、注浆具有堵水和加固的双重效果。     

地铁隧道穿越城市山岭水压力取值探讨

为解决地铁隧道穿越城市山岭的水压力取值问题,对隧道设计中的勘探钻孔缺陷、水头高度取值、水压力折减系数等问题进行探讨.由于勘探钻孔不足以反映山体内部岩石的裂隙分布情况,建议对设计水头高度进行保守取值;当隧道采用矿山法施工,且设置可靠的衬砌排水系统时,可以考虑对水压力进行适当折减,其它情况不建议对水压力进行折减.     

隧道衬砌外水压力确定的渗流场—应力场耦合模型研究

目前计算外水压力的理论公式大多针对均质围岩,当地层中存在强隔水层时,计算结果较实际压力偏大较多,导致出现衬砌结构厚度大、工程超预算等问题。为使衬砌结构设计与参数选取更为经济合理,结合滇中引水工程大理Ⅱ段深埋长引水隧洞,采用数值模拟的方法,选取衬砌外表面3个特征点,通过对上覆岩层中隔水层的位置高度、厚度以及与围岩的相对渗透性开展敏感性分析,对衬砌外水压力变化规律进行了研究。结果表明：衬砌外水压力随着隔水层位置高度的增加而减小,但是变化不显著;隔水层厚度是影响衬砌外水压力的关键因素,衬砌外水压力随着隔水层厚度的增加而显著减小;衬砌外水压力随着围岩与隔水层渗透系数比值的增大而减小,衬砌外水压力对相对渗透性非常敏感,当相对渗透性增大到200以上时,隔水层承担了绝大部分水头压力,衬砌外水压力降低到一定程度并逐渐稳定下来。研究结果可为地层中含有隔水层的深埋长隧洞的衬砌设计提供借鉴和参考。

     

深埋隧道衬砌水荷载计算的基本理论

铁路，公路跨越山岭地，越岭隧道方案被大量采用，而深埋隧道的高水压和突，涌水则成为亟待解决的问题。合理设计有外水压力隧道的关键在于：（1）随道围岩渗流场的分析；（2）外水压力作用系数的研究。隧道衬砌的静力计算和围岩压力及水荷载密切相关，在衬砌的设计中，既可以将围岩压力和外水压力分算，也可以考虑二者的耦合作用，进行水－岩合算。根据前人的研究成果，总结和讨论了隧道衬砌水荷载计算中的基本理论。     

外水荷载作用的铁路隧道衬砌结构设计探讨

本文主要运用试验分析的方法,探讨外水荷载的折减系数与渗透系数之间的关系。铁路隧道衬砌的受力模式可分为考虑和不考虑外水荷载,通过分析得知,受外水荷载较大的铁路隧道衬砌采用钢筋混凝土构成的圆形或椭圆形衬砌。     

海底隧道衬砌结构设计

 海底隧道围岩水通常具有稳定水位和充足补给,隧道结构受长期的水压力作用,衬砌计算中应首先确定水压力荷载大小,并综合考虑隧道涌水量的大小,由此对衬砌断面的拟定、衬砌类型的选择、衬砌结构安全性进行评价计算。正在建设的厦门翔安海底隧道衬砌结构设计时,通过不同防排水方式下衬砌背后水压力特征的模型试验表明,作用于全封闭衬砌上的水压力是不能折减的;根据陆域和海域不同地段预测全隧道涌水量,由于无法满足运营期间的排水,衬砌结构必须采用全封闭形式或限制排放形式;利用ANSYS有限元软件,根据外水压力大小与围岩压力组合下对不同的隧道衬砌断面进行对比分析计算,以得出结构受力最为经济合理的断面形式;并以此断面按荷载结构模式法进行全封闭衬砌结构计算。计算结果及建设的实际情况表明衬砌受力合理。     

有衬砌隧道设计计算探讨——隧道稳定性分析讲座之三

利用有限元强度折减法结合基于有限差分原理的FLAC软件,探讨了隧道设计计算过程中初衬和二衬的计算问题以及隧道开挖的应力释放问题,并以黄土隧道为例探讨研究不同应力释放率以及不同初衬和二衬厚度情况下隧道的受力特征,计算围岩安全系数以及二衬安全系数,得出了以下结果:一是利用FLAC软件计算中的不平衡力来控制隧道开挖过程的应力释放是合适的与可行的;二是初村作为隧道围岩的加固圈将承受较大荷载和产生较大的变形,初衬必将进入弹塑性状态;二衬作为隧道的强度储备或者承受不大的荷载,二衬视作弹性杆件可按结构力学的方法确定安全系数;三是如果初衬后围岩安全系数大于1.30,可以认为围岩和初衬都是稳定的,二衬作为安全储备;如果围岩安全系数在1.30 ～1.15之间或围岩为粘弹塑性材料时,表明二村将承受一定荷载;如果初衬后围岩的安全系数小于1.15 ～1.20,则认为初衬不足,不能保证施工安全.最后建议对二衬后的围岩安全系数取1.3,二衬结构安全系数对无抗裂要求的混凝土衬砌取1.4,钢筋混凝土衬砌取1.35.两者综合的安全系数大约在1.8左右以供参考.     

富水地层公路隧道衬砌背后空洞对结构受力的影响

 富水地层公路隧道衬砌背后空洞的存在恶化了其结构的受力状态,使衬砌易于开裂进而影响隧道的营运安全。研制外水压加载装置,该装置在二衬模型内部创造一个封闭的负压环境,通过控制模型内外气压差来实现外水压的等效加载,同时结合隧道–地层复合模拟试验系统开展几何相似比为1∶30的室内模型加载试验,全面研究不同位置空洞与不同外水压荷载共同作用下二次衬砌的受力分布规律及开裂特征。结果表明,衬砌背后存在空洞时的二衬的轴力与弯矩总体不再呈对称分布,不同位置空洞对衬砌结构的受力影响不同,空洞附近区域的衬砌内力变化最为显著;无论空洞位于何位置,随着外水压力的增大,二衬轴力及弯矩均大致呈线性增大趋势,空洞附近区域的轴力及弯矩增大速度明显大于二衬其他部位;偏心距则随外水压的增大而减小,水压超过150 kPa后基本不发生变化;相同外水压下,加宽带二衬轴力与弯矩明显大于三车道,分布及变化规律则大致相同;应力场为竖直主应力场时,外水压下左边墙空洞对于衬砌结构的承载力影响最大,拱顶空洞次之,仰拱空洞最小;背后存在空洞的衬砌部位的裂缝数量及开裂程度明显大于其他部位。     

南京长江隧道超大断面管片衬砌结构体的相似模型试验研究

采用室内相似模型试验方法对南京长江盾构隧道φ14.5m超大断面单层装配式管片衬砌在高水压条件下的力学行为特征、结构与周围土体的相互作用关系进行研究。研制了水压装置,实现了真实水压对于大断面水下盾构隧道结构力学特性影响的模拟。重点讨论了变水压与恒定水压作用下管片衬砌结构内力的差异、管片衬砌拼装方式对内力分布的影响,并与有限元计算结果进行了相互验证。研究结果可为南京长江隧道工程的设计、施工提供指导性建议,并可为相关工程提供一定的参考。     

土層性質對潛盾隧道襯砌環片設計之影響

潛盾隧道襯砌係由環片組合而成,因此襯砌環片混凝土強度及厚度對於潛盾隧道安全意義重大。针對土層性質、潛盾隧道埋置深度等因素對於隧道襯砌環片受力之影響進行有限元法數值分析模擬探討,從而歸納建議襯砌環片初步設計時應有之合理厚度及強度,為潛盾隧道設計與施工提供合理之參考依據。     

小曲率半径转弯隧道盾构施工扰动实测分析

 受规划及已建结构物的制约,小曲率半径转弯盾构隧道的应用越来越广,小曲率半径转弯隧道盾构施工对紧邻土体扰动有待研究。以广州220 kV犀牛站电缆隧道工程为背景,通过动态监测小曲率半径段转弯盾构施工引起土体分层沉降、水平位移、孔隙水压力的变化,分析小曲率半径转弯隧道盾构掘进对紧邻土体的扰动规律。分析结果表明小曲率半径隧道转弯段盾构掘进过程中,隧道侧边土体沉降及水平位移与直线段隧道有显著不同,且会增加对周边环境的扰动,应引起足够重视。隧道转弯段外侧土体的沉降规律与直线段隧道不同,在盾体挤压作用下竖向离隧道较近的土层不是沉降最大的,甚至可能产生隆起。转弯段土体的深层水平位移由两部分位移的叠加而成：一是盾体通过过程中,由于盾体挤压作用而产生的向外远离隧道的位移;二是由于盾体转弯造成不对称变形,转弯外侧挤压向隧道外位移,转弯内侧卸载向隧道内位移。     

隧道衬砌结构可靠度分析的二次二阶矩法

隧道衬砌多为曲墙式,且所受荷载复杂,不易用解析的方法求得衬砌各个截面的荷载效应,一般情况下都要用数值法求解。在隧道衬砌结构可靠度分析中,常用较为简单的一次二阶矩法,并结合随机有限元法进行分析,但精度较低。虽然有很多高精度的结构可靠度分析方法,但大多太复杂或计算时间长,不适用于隧道结构的可靠度计算。经过对算法的比较分析,提出一种简单、实用的二次二阶矩法,与随机有限元法相结合,进行隧道衬砌结构的可靠度分析,并给出了具体步骤和算例,结果表明该法具有较高的精度。     

高水头作用下水工压力隧洞的水力劈裂分析

以前研究均认为水力劈裂的必要条件是岩体中发生Ⅰ型张拉破坏。实际上,在众多岩体工程中,其断裂破坏型式多属压剪破坏。本文根据断裂力学原理对高水头作用下水工压力隧洞的水力劈裂作用进行了研究,首先研究水工压力隧洞围岩区各种类型裂纹的Ⅰ型应力强度因子的计算方法,讨论分析张开型复合型裂纹发生水力劈裂的理论判据。然后研究压剪断裂的力学机理,分析有水压力作用的压剪断裂应力强度应力的计算及其断裂判据。最后将以上理论应用于某水电工程引水发电隧洞的高压竖井的水力劈裂安全性分析中。     

管片衬砌结构可靠度分析的优化方法

从结构可靠度指标的几何意义出发,推导了管片衬砌结构可靠度指标计算的优化模型,在此基础上研制了基于复形优化思想的数值计算程序。算例表明,管片衬砌结构可靠度指标优化模型无需功能函数对变量求偏导数,将当量标准正态变量在验算点上的值用原始变量统计特征值和验算点的坐标来表示,就避免了每次迭代时要进行R-F变换,提高了计算效率,且精度较高。该优化模型对功能函数非线性程度高、隐式表示的管片衬砌结构可靠度分析比较适用,为地下结构可靠度分析提供了一种新的选择。     

列车振动荷载作用下隧道衬砌结构动力响应特性分析

论述隧道衬砌结构动力有限元分析的理论与数值计算方法,并以京广线朱亭隧道列车振动荷载现场测试成果为基础,通过对3种不同断面形状的隧道衬砌结构的动力响应特征进行分析研究,可获得隧道衬砌结构竖向位移、竖向加速度及各种内力时程曲线。研究成果对评价既有提速铁路隧道衬砌结构的动力稳定性和完善铁路隧道结构的设计理论具有一定的指导意义。