高水压公路隧道结构水压力与稳定性研究

富水区山岭隧道支护体系渗流场一直是学术界和工程界关注的焦点。以在建毕节—都格高速公路鸡公山隧道为依托,研究围岩、支护体系渗流场分布和二次衬砌受力特征。研究结果表明:初期支护背后孔隙水压力峰值出现在仰拱处,孔隙水压力最小值出现在盲管附近;随着盲管间距逐渐增大,二次衬砌水压降低效果减弱,盲管间距不宜大于10 m;水压作用下,隧道主体结构受力最不利位置为墙脚和仰拱;对于高水压隧道,应施加墙脚箍筋,避免墙脚压溃破坏,水压特别大时建议采用高位排水进行降压释能,提高隧道支护体系稳定性。该研究成果可为今后类似的富水区公路隧道的建设提供参考和借鉴。     

泄水式管片衬砌壁后水压力分布特性模型试验研究

 基于研制的泄水式管片衬砌–围岩泄流装置,采用室内试验方法对某铁路隧道装配式泄水式管片衬砌在高水压条件下衬砌壁后水压力分布规律进行研究,重点探讨单纯限排、堵水限排等不同泄水方案下衬砌壁后外水压力分布规律。分析排泄流量、泄水孔密度、注浆与否对隧道衬砌壁后水压力的影响,揭示隧道衬砌壁后整体和各位置处外水压力折减系数、外水压力大小等与衬砌泄水孔泄流量之间的二次曲线关系。研究结果可为高水压山岭隧道衬砌的设计提供参考。     

山岭隧道复合衬砌结构水压力影响因素分析

采用正交试验设计理论对隧道复合衬砌结构水压力影响因素进行了分析,得出影响山岭隧道复合衬砌结构外水压力最重要的因素是隧道排水系统的排水能力,复合衬砌结构外水压力随排水能力的增大呈线性减小趋势;同时给出利于控制复合衬砌结构外水压力的山岭隧道防排水设计建议。     

富水山岭隧道水压力对隧道结构的影响及应用

隧道地下水对于结构设计的影响已经有了很多研究,但是往往是以排水的方式来解决这个问题,具有一定的盲目性与不可靠性。因此,富水山岭隧道水压力对结构设计的影响值得进一步研究。分析了隧道衬砌外水压力的主要分类及原则,分别研究了水头高度、衬砌厚度、衬砌相对渗透系数对结构设计的影响,揭示了富水山岭隧道衬砌水压力的影响关系。并通过实际工程案例,对不同隧道断面进行了详细的设计。得到的结果对于高水压富水山岭隧道地下水渗流分析以及断面的选择等提供了重要思路,也为隧道的安全施工与运营提供了技术与方法帮助。     

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.     

海底隧道复合衬砌水压力分布规律及合理注浆加固圈参数研究

 与普通山岭隧道不同,海底隧道深埋于海床之下,地下水的处理是其修建过程中的关键问题,而隧道渗水量控制及衬砌结构水荷载确定又是地下水处理的核心问题。采用“堵水限排”的设计理念,设计海底隧道复合衬砌结构防排水系统,可以实现以较小的排放量明显折减甚至消除作用在支护结构上的外水压力,使海底隧道衬砌结构设计更经济。基于地下水水力学理论,推导海底隧道渗水量和复合衬砌结构外水压力的计算方法,并结合厦门海底隧道工程实践,采用理论分析和数值模拟方法揭示初期支护、二次衬砌以及注浆加固圈等参数的变化对隧道渗水量和衬砌外水压力的影响规律。在此基础上,提出海底隧道复合衬砌合理注浆加固圈参数的确定方法,并在厦门翔安海底隧道穿越F4风化深槽的合理注浆加固圈参数设计中取得成功应用。研究结果可为海底隧道或富水区高水头山岭隧道工程的防排水系统设计提供借鉴和参考。     

公路隧道衬砌裂缝对结构受力分布影响规律研究

近些年我国高速公路隧道规模迅猛增长,与此同时也出现了较多的隧道病害和缺陷,其中二衬衬砌裂缝及渗漏水问题非常突出,大量运营隧道都出现了类似问题。本文结合依托工程,对隧道不同位置出现衬砌裂缝情况下的结构受力分布规律进行了分析与研究,探讨了裂缝对衬砌结构安全性的影响,得出结论如下：(1) 素混凝土隧道衬砌贯通型裂缝,隧道结构成为多铰环形结构,结构在断裂处轴向承载能力变化不大,但不能继续承受弯矩|(2) 通过计算分析发现,结构在某处断裂而不能继续承受弯矩时,其整个受力分布规律会发生改变,在其它局部会产生较大的弯矩,从而诱发新的开裂|(3) 裂缝的存在对隧道周边岩体的受力和变形存在着很大的影响,裂缝的存在改变了既有隧道力学分布规律。在隧道运营过程中,当发现存在裂缝时,必须加强监测并严控裂缝的发展。     

山岭公路隧道围岩压力统计规律分析

基于大量公路隧道围岩压力监测数据，分析了垂直围岩压力与隧道开挖跨度、埋深、围岩级别的关系，并和深浅埋隧道法、普氏系数法计算得到的围岩压力进行了对比分析，得到了实测垂直围岩压力值与规范计算值之间的关系。同时，统计分析了侧向压力、侧压力系数及隧道二衬压力在各级围岩级别条件下的分布规律：侧向压力随着埋深及围岩级别的增加而缓慢增长；侧压力系数随着围岩级别的增加逐渐变大，并普遍大于规范值；实测二衬围岩压力荷载分担比例与规范基本相符。     

非扰动开挖隧道模型的水压力试验研究

 隧道施工地下水问题困扰着隧道工程界多年,关于地下水压力对支护结构的影响认识不一致,为此需要从地下水作用机制研究出发,开展隧道衬砌水压力模型试验研究。模型隧道净空设计参考国内300～350 km/h高速铁路单线标准,模型试验的设计包括围岩模拟、试验流体、参数选择、试验工况、试验仪器选择等,试验工况包括：不同水头高度(1,2和4 m)和不同支护及排水条件(无支护全排和二衬不排水)等。通过在实际岩体中的小比例洞室模拟试验研究,对隧道开挖和支护引起的地下水渗流变化过程、地下水排放方式与水荷载之间的相关关系等取得较明确的定性认识,并以模型试验为基础开展数值模拟分析,为隧道水压力定量研究奠定试验基础。     

高压水工隧洞钢筋混凝土衬砌开裂渗漏研究

 基于弹性损伤理论和等效连续介质渗流理论,提出一种可以在高压水工隧洞衬砌开裂后估算隧洞渗水量的方法。以不同水压力作用下钢筋混凝土衬砌的裂缝宽度变化作为考虑衬砌渗透性变化的主要因素,考虑衬砌裂缝与断层相交的情况和高压固结灌浆作用的影响,对水工隧洞充水、放空阶段的内外水渗漏做出相应探讨。将惠蓄高压隧洞的监测数据和数值模型计算结果进行对比得到,隧洞的渗水量与衬砌裂缝开度及洞周是否存在较显著的渗漏通道存在密切联系。在隧洞洞周没有或尚未形成显著渗漏通道的情况下充水或放空时,计算结果与实际监测结果吻合良好;在衬砌裂缝与断层连通的渗漏通道形成后,计算结果和监测结果则会存在一定的差距。研究结果可为水工隧洞充水期内水外渗和放空期外水内渗渗漏量计算提供一种有效的思路。     

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。     

渗水高压引水隧洞衬砌的设计研究

在借助渗流体积力考虑渗流场的力学效应，并由室内试验获得渗透系数随应力水平而变化的关系式的基础上，建立了裂缝混凝土衬砌和渗水围岩地层中渗流场与应力场的耦合计算模型，然后根据衬砌混凝土裂缝出现和开展后的受力变形的特征，提出了一种可供高压引水隧洞衬砌配筋采用的计算方法，并将其应用于广蓄电站二期工程高压引水隧洞衬砌的设计研究。     

特长山岭隧道衬砌监测及模拟研究

 在新奥法的隧道设计理念中，现场的监控量测工作是必不可少的重要组成部分。监控量测不仅能准确反映围岩的稳定性，而且通过对监测数据的分析及在此基础上的数值模拟工作，可以较好地优化隧道的衬砌结构，从而使动态设计、信息化施工成为可能。为实时掌握隧道施工期间的围岩变形和支护结构的受力特点，某特长山岭隧道进行以应力监测和位移监测为基础的全程监控量测工作。并以应力监测为基础，采用有限元软件对隧道衬砌结构在不同级别围岩中的受力状态进行模拟，以监测位移值做标准，对数值模拟结果的正确性进行验证。计算出不同衬砌结构在相应级别围岩中的临界荷载，以指导现场监控量测工作。从而保证隧道的施工安全并优化衬砌设计，为后续工程的设计提供指导。     

管片衬砌承担高内水压力的可行性分析

 双护盾掘进机掘进与管片衬砌几乎同时进行,具有快速施工的特点,但管片衬砌能否承受电站引水隧洞高内水压力作用,是决定引水隧洞能否采用管片衬砌及TBM施工的关键之一。结合青松电站引水隧洞,对管片衬砌在承受高内水压力作用下的应力与变形特性进行三维有限元计算,对影响管片接缝张开的主要因素进行分析,获得在高内水压力作用下的管片应力、变形分布,深化对高内水压力作用下的管片衬砌特性的认识。计算发现在内水压力作用下,管片衬砌具有柔性变形特征,就青松电站而言,在现有的接缝止水技术条件下,管片衬砌可承受高水头内水压力作用,这对推动管片衬砌及TBM在引水隧洞中的应用具有重要意义。     

高压引水隧洞陡倾角断层岩体高压压水试验研究

结合一抽水蓄能电站高压岔管区高压压水试验,详细介绍了具有陡倾角断层岩体的高压压水试验方法及试验成果。探讨了岩体高压下水力劈裂区扩展的波动理论和渗透破坏特性,明确了岩体与土体渗透破坏形式差异。试验首次对岩体内的渗透压力和变形进行了同步测量,以了解高压条件下岩体的渗透变形特性。在高孔隙压力作用下,岩体的变形发展试验成果表明,岩体应力和稳定性分析过程中孔隙压力的作用不可忽视,因此采用耦合理论对高孔隙压力环境下的工程岩体进行分析有助于降低围岩失效风险。     

释能降压工法在高压富水岩溶隧道风险规避中的应用研究

 宜昌—万州(宜万)铁路马鹿箐隧道DK255+978 m通过一高压富水隐伏溶腔(水压高达160 m、水量高达1×106 m3),先后发生多达19次的突涌水(泥)灾害事故。基于隐伏溶腔水量大、水压高、泥沙含量高、破坏力极强,没有先兆、具有突发性与间歇性,兼具延滞性和突发性矛盾等特征,依托溶隙、脉管及填充物由于压力差从渗流扩大呈汇流,袭夺周围脉管和溶隙的地下水,溶腔地下水潜蚀充填物封堵而集中释放的溶腔溃水机制,界定排或堵等防治措施的适应性,研究认为,对高压富水隐伏岩溶隧道,必须采用释能降压原理,释放溶腔所存储的能量,降低水土压力对隧道的稳定性影响,避免隐伏溶腔的高压作用产生的塑性区和隧道开挖及排水(泥)压力差形成的塑性区贯通,才能规避施工及运营过程中潜在的风险。建议采用综合地质预报手段探明溶腔边界、内部充填物特性和分布特征等,根据溶腔的水压、水量,特别是触发隧道溃水的临界距离等参数来确定放水承压岩盘的厚度。分析和验证钻孔泄水(不泄泥)→泄水支洞在高位揭示溶腔→控制爆破低位揭穿溶腔,“高位排水,低位排除填充物”的立体交叉分步降压方案的可行性。     

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。