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。     

高水压山岭隧道衬砌水压力分布规律研究

博士学位论文摘要：随着国内铁路路网的完善和发展，需要修建大量深埋长大山岭隧道，在高水压岩溶区修建隧道，这在国内外都是个技术难题，尤其在当今对环保要求较高的条件下，必须改变以往“以排为主、排堵结合”的治水方案，采取“以堵为主、限量排放”的治水方案，在这种背景下，不可避免地遇到高水压问题。因此，研究深埋高地下水位铁路隧道围岩、注浆圈、衬砌背后水荷载的分布规律和高水压的存在对隧道围岩稳定和结构受力的影响具有突出的工程实践应用价值。这些问题已成为当前地下工程（特别是深埋山岭隧道）设计、施工、运营中很关键且无法回避的问题，已经引起各国有识之士的极大关注，是隧道工程研究的前沿和热点问题之一。本文以在建的渝怀线圆梁山深埋特长铁路隧道为工程背景对上述问题进行系统研究。 研究内容与方法如下：（1）在对水工隧道水压力折减系数综合分析的基础上，考虑铁路隧道与水工隧道结构、防排水型式的不同，提出了水压力作用系数的概念。采用室内三维模型试验方法研究均质围岩、裂隙围岩中隧道修建过程中水压力分布变化规律，重点分析衬砌背后和注浆圈外表面水压力及其水压力作用系数与围岩、注浆圈、衬砌的渗透系数、厚度和隧道控制排水量的关系。（2）采用理论分析方法，推导均质围岩中针对铁路隧道防排水型式下注浆圈外表面、衬砌背后水压力理论解析公式，分析衬砌背后水压力与各量之间的关系。通过对地下水渗流场数学模型研究，采用等效连续介质模型用数值方法分析隧道渗流场的分布，对地下水在围岩、注浆圈、衬砌上水压力分布规律及其作用系数进行分析。（3）以圆梁山隧道地质勘测报告为基础，通过分析得出圆梁山隧道的水文地质结构模型、地下水流系统模型、地下水动力模型：特别是对深孔压水和抽水试验成果进行详细分析，得出隧道附近围岩的渗透系数和渗透系数张量，为数值分析和三维室内模型试验围岩渗透系数的取值提供依据；进一步概括得出圆梁山隧道的地下水流数学模型，并将模型试验、理论计算公式、渗流场等效连续介质数值模拟分析得到的水压力分布规律应用于该工程实际。（4）采用数值分析方法研究单线铁路隧道标准衬砌断面形式承受水压力的能力，并结合圆梁山隧道工程对5种不同形状断面进行优化分析。（5）在水压力分布规律研究的基础上，采用数值分析方法分析水压力在衬砌上均匀分布、不均匀分布、局部突水时隧道围岩的稳定性和结构受力特征。 主要研究成果如下：（1）提出水压力作用系数的概念，并采用室内模型试验、理论公式推导、数值分析等方法研究得出注浆圈外表面、衬砌背后水压力分布规律，确定作用在衬砌上水压力荷载的大小；得出水压力作用系数与围岩、注浆圈、衬砌渗透系数、厚度及隧道控制排水量的关系。（2）针对圆梁山隧道工程，给出水压力分布规律模型试验和数值分析结果的工程应用。（3）得出单线铁路隧道标准衬砌断面形式承受水压力的能力值为0．40MPa，经对断面形状进行优化分析得到承受高水压的合理断面形式为蛋形断面或圆形断面，当水压力超过1．5MPa时，采用圆形断面为宜。（4）分析水压力在衬砌上均匀分布、不均匀分布、局部突水时隧道的位移、塑性区、衬砌内力大小和分布特点，运用结构力学上弯矩影响线理论，在突水位置不确定的情况下，提出采用弯矩包络图确定衬砌结构上最大弯矩的方法。     

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。为发展交通,需要修建大量隧道。据统计,截止1999 年末,我国大陆地区已建成的铁路隧道有 6876座,总延长约 3670 km,到 2000 年已有公路隧道 1684座,总长 628 km[1]。一般而言,不论在施工中还是运营后,隧道结构时刻处于地下水包围之中,隧道衬砌的渗漏、变形,洞顶地表的塌陷,施工期间的突水、突泥,都与地下水有关,而且水位越高,危害越大。如何处理好地下水是山岭隧道设计施工需要解决的关键问题之一。长期以来我国隧道工程基本上奉行“排堵结合、以排为主”的方针,但长期的大量排水使原有的地下水平衡遭到破坏,造     

用MIDAS/GTS进行长输管道山岭隧道衬砌结构分析

利用MIDAS/GTS软件,对元坝气田滚动建产工程大山梁隧道的衬砌结构进行了有限元力学分析和断面设计,结果表明:MIDAS/GTS软件建模快捷,设计方便,是山岭隧道衬砌结构设计的一种有效方便工具。     

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。     

装配误差对山岭隧道装配式衬砌受力性能的影响

为研究装配误差对山岭隧道装配式衬砌受力性能的影响,文中以广东省某公路隧道为依托,通过采用荷载结构法分析了不同形式和不同大小装配误差对山岭隧道装配式衬砌受力性能的影响,研究结果表明,对装配式衬砌来说,最不利受力工况发生在装配式衬砌和底座的装配过程中;装配误差主要影响衬砌装配成功与否,装配完成后的衬砌与正常装配的衬砌受力性能差别不大。     

山岭隧道衬砌混凝土裂缝产生原因和防治措施

结合具体工程实例,介绍了隧道衬砌混凝土裂缝的主要类型,针对混凝土裂缝产生的原因,根据施工经验提出了混凝土裂缝的预防和治理方法,对提高二次衬砌混凝土施工水平,改进施工工艺具有一定指导意义。     

福州市金鸡山隧道衬砌结构病害检测与分析

公路隧道作为一种常见的地下结构形式,受地质条件、设计施工和运营环境的影响,在其服役寿命中后期常出现不同程度的病害,从而影响隧道内行车舒适性和安全性。为金鸡山隧道原位扩建的设计与施工提供详实可靠的基础依据和其他类似隧道衬砌结构的病害整治提供借鉴,文章以福州市二环路金鸡山隧道衬砌结构病害检测为背景,利用超声回弹综合法和钻孔取芯法检测了衬砌混凝土的强度与弹性模量,利用地质雷达法检测了衬砌厚度及其壁后空洞分布,同时分析了衬砌结构劣化以及壁后空洞产生的原因。     

影响隧道衬砌结构耐久性的主要因素

我国隧道结构越来越多,文中对隧道结构耐久性的研究引起广泛关注。对隧道所处环境特点研究,找出耐久性的主要影响因素,提出提高耐久性的对策。     

公路隧道二次衬砌支护时机影响因素分析

通过对谷竹高速公路隧道工程的实例分析,结合现场监测数据,从围岩条件、隧道开挖方法、隧道埋深、二衬到掌子面距离以及初期支护形式、开挖断面结构等方面探讨对二衬支护时机的作用和影响,根据这些影响因素提出了对新奥法的修正意见.     

隧道渗漏水病害的影响因素研究

近年来,我国公路隧道得到了蓬勃的发展。调查表明,渗漏水是隧道工程中常见的病害之一,因此隧道渗漏水病害研究成为热点问题。从物理化学作用、降雨以及冻胀三方面入手,通过建立物理化学数学模型,结合单纯形Monte Carlo法求解得出整个系统中反应动力随总自由能变化而变化,并且结合实例说明了统计参数方差较大时反应趋于平衡;并且根据渗漏量以及冻胀力的计算分析可以看出,渗漏量与地下水位和衬砌厚度存在紧密联系,当衬砌后的空洞缺陷尺寸较大时,冻胀力也增大。本研究为隧道渗漏水防治提供借鉴。     

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。     

隧道衬砌结构的安全评估

为保证隧道衬砌实际套拱结构的安全,采用MIDAS/civil有限元分析软件和桥梁博士建立套拱结构模型并进行了计算,通过分析和实践检验得出实际套拱结构是安全适用的。分析了使用过程中套拱结构存在的风险,并提出了相应的防范措施。     

一种隧道衬砌模板支撑结构受力分析计算

混凝土二次衬砌在铁路及公路工程中被广泛采用,隧道衬砌模板支撑结构分析计算关系到衬砌结构的稳定性。为保障隧道二次衬砌结构安全和工程质量,采用一种带斜撑杆封闭框架结构作为模板支撑体系。并对结构受力进行分析,推导出结构内力,变形计算公式。在假定隧道二次衬砌处于稳定围岩压力作用下,采用斜杆支撑的框架结构,利用结构力学刚性连结型式,推导出结构内力、变形计算公式。经工程检算表明,计算方法简单明了,计算结果满足工程安全要求,可供类似工程设计施工参考。     

某城市地下交通联系隧道压力模式影响因素分析

以某城市地下交通联系隧道(UTLT)为例,结合我国隧道通风设计规范的规定和该种隧道形式多进口多出口的具体特点,对UTLT这种隧道形式采取分段考虑的方法,并选取不同的行车速度,不同的车型比例和不同的预测交通量3个变量,研究3个变量对隧道需风量计算的影响。进而对该UTLT在射流风机纵向通风的方式下的压力模式进行计算,并对射流风机进行选型。     

隧洞稳定性影响因素的敏感性分析

本文采用与常见地铁车站尺寸相仿的隧洞作为算例,通过有限元强度折减法计算隧洞的稳定安全系数,按照定量分析数据,采用灰关联分析方法进行了隧洞稳定性影响因素的敏感性分析,综合分析了六种因素对隧洞稳定影响的敏感性,按大小依次为:黏聚力、内摩擦角、高跨比、重度、埋深和固定高跨比时的跨度。研究表明:在隧洞围岩稳定性分级时,除了考虑地质因素以外,还应对隧洞尺寸,如高跨比与跨度等进行考查。此外,还研究了仰拱深度对隧洞二衬结构稳定性的影响,当围岩稳定性等级较高时无需仰拱,而等级很低时要求仰拱有一定深度才能保证结构安全。上述研究为围岩稳定性分级和隧洞优化设计提供了良好的基础。     

静压有孔管桩超孔隙水压力消散的影响因素分析

静压管桩因其质量可靠和施工过程中具有无噪声、无振动、应力小等诸多优点被广泛用于工程中。但静压管桩属于部分挤土桩,在沉桩过程中,桩周土体不仅会产生较大位移,而且会在短时间内形成较高的水压力。有孔管桩通过在桩身开孔能使土中自由水流入管腔,从而减小局部土体位移,加速超孔隙水压力的消散并降低其最大值。本文利用圆孔扩张理论,通过理论公式和工程算例的对比分析,得出有孔管桩沉桩超孔隙水压力随径向距离的增大呈对数衰减,随沉桩速率的加快不断增大,随深度的加深呈递增趋势,随开孔孔径的加大逐渐减小。可对控制管桩挤土效应提供可靠的理论依据。     

隧道衬砌结构耐久性寿命影响因素敏感性分析

模型参数取值的不确定性会对衬砌结构耐久寿命预测结果产生较大影响。作者对结构耐久寿命影响因素进行敏感性计算、分析和排序。据此,在衬砌耐久性分析时可对影响因素区分对待、重点考虑,确保结果可靠性。     

岩溶隧道拱顶局部水压作用下衬砌受力特征研究

岩溶地区岩体裂隙发育、溶蚀管道众多。在暴雨条件下受地表水补给影响,在役隧道顶部溶洞内水位快速升高,导致衬砌结构发生失稳破坏,严重影响行车安全。针对依托工程的地质条件,采用理论分析方法建立了圆形衬砌断面的顶部局部高水压与围岩压力联合作用下的内力计算模型,基于Mathematica编程进行了不同水压力大小和不同水压力作用面积下隧道衬砌结构的受力计算分析。结果表明:随着拱顶水压力值或水压作用面积的增大,位移/弯矩零点角度的大小均呈非线性变化,位移零点变化比弯矩零点变化明显,位移零点均非线性增大,弯矩零点则减小;拱顶和边墙的位移值均呈线性增大,拱顶增幅大于边墙增幅;负弯矩出现在拱顶和仰拱处,正弯矩出现在边墙处,其中拱顶弯矩增幅最大,边墙和仰拱处弯矩增幅几乎一致。