安平隧道衬砌水压力分析

湖南龙琅(涟源市龙塘镇—新化县琅塘镇)高速公路安平隧道地质构造复杂,施工中屡次出现岩溶突水。为保障隧道的安全,文中对该隧道衬砌水压力分布进行分析。结果表明,隧道衬砌结构承受的水荷载和静水压力荷载的作用机制不同;隧道渗流场与围岩和衬砌材料的渗透系数相关,同时受围岩加固圈及加固体渗透系数的影响;荷载大小因渗透系数的改变而改变,渗流场的分布与水压头有关。     

水底隧道衬砌水压力折减系数估算

水底隧道衬砌水压力是衬砌结构设计的关键参数之一,根据对衬砌水压力作用机制的探讨,"全堵型"隧道衬砌承担全部静水压力,而对于"排水型"隧道,衬砌只承受部分水压力,作用在衬砌上的水压力应该进行折减。根据渗流理论,推导了轴对称条件下衬砌水压力折减系数的理论公式及利用隧道衬砌前与衬砌后涌水量的反分析简化公式,并通过数值方法验证了其可靠性。计算结果表明:1)隧道涌水量随着衬砌渗透系数的减小而减少,当kl/ks=0.001时,涌水量几乎为0,而水压力折减系数近似等于1;2)对于不同的kl/ks值,水压力折减系数与涌水量存在一个公共点,这个交点范围为kl/ks=(0.02～0.03),对应的水压力折减系数约为0.5;3)对围岩进行注浆可以有效减少涌水量,但仍会有较大的水压力作用在注浆圈上,对注浆圈的长期耐久性提出了较高的要求;4)利用隧道衬砌前后涌水量推导的衬砌水压力折减系数反分析公式,其计算结果可靠、有效,可以在以后隧道结构设计中应用。     

大干溪I号隧道衬砌水压力分析

在岩溶富水地段,隧道衬砌实际上处在围岩应力场和渗透渗流场双场之中,渗流场的存在会导致围岩自稳能力降低,从而增加了围岩对衬砌的压力,同时渗流场的存在也会对隧道衬砌产生了渗透压力,研究了大干溪Ⅰ号隧道衬砌水压力,探讨了在渗流场和围岩应力场相互耦合作用下衬砌内力的变化情况,对富水段隧道衬砌的设计和施工有一定的借鉴意义。     

隧道衬砌外水压力确定的渗流场-应力场耦合模型研究

论述了国内外计算隧道衬砌外水压力的折减系数法和渗流场计算方法。分析了公路隧道围岩渗流场-应力场的耦合机理,并以此建立了计算外水压力的数学模型。同时提出了一种简化模型来表示两场的耦合本构关系,并给出了计算公路隧道衬砌外水压力的有限元方法步骤。     

围岩空洞对公路隧道渗流力学特征的影响分析

以雅安至西昌高速公路土山岗2号隧道工程为依托，基于流-固耦合作用机理，运用有限差分软件FLAC3D进行数值模拟分析，探究了二次衬砌背后不同位置出现空洞情况对二次衬砌应力场、二次衬砌背后孔隙水压力以及围岩渗流场的影响规律。研究结果表明:隧道衬砌背后存在空洞时，渗流场不均匀分布，围岩孔隙水压力较无空洞状态明显减小，折减幅度与空洞位置无关。空洞处的二次衬砌主应力增大，当空洞位于隧道拱顶、拱脚位置，增加幅度最大。其衬砌结构的最大主应力位置从仰拱内侧转移到了空洞位置处。衬砌结构的最小主应力均出现在隧道拱脚内侧，未受空洞位置影响。     

深埋高水位山岭隧道支护与衬砌外水压力分析

为保护环境并尽可能降低隧道衬砌结构所承受的水压力,深埋高水位山岭隧道一般采取堵水限排的设计原则。在隧道力学和渗流力学的基础上进行数值分析和模型试验,研究渗流应力耦合作用下支护和衬砌的力学特性。研究结果表明:对于受排水影响明显的山岭隧道,作用于初期支护上的水压力不会随排水条件的改变而发生显著变化。当排水通道从围岩与初期支护的界面转变为初期支护与二次衬砌的界面后,会导致孔隙水压力从初期支护向二次衬砌转移,初期支护产生卸载并朝向围岩变形。隧道有效排水时,二次衬砌承受的水压力可忽略。随着排水系统退化导致排水受阻时,地下水流梯度逐渐下降,有效径向应力逐渐下降,朝向隧道的径向流量减少,且围岩变形减小,二次衬砌上的水压力增大。本研究为深埋高水位山岭隧道的初期支护和二次衬砌的初步设计提供了一个合理的方法,并有助于确定地面、水和支护间的荷载传输机制。     

不同渗流形态下沥青路面结构动力响应分析

为了研究荷载-渗流耦合作用下不同渗流形态对沥青路面结构各力学场量响应的影响，进一步揭示沥青路面水损害机理，在高水压沥青混合料渗透试验的基础上，采用非线性有限元方法，模拟分析碗形分布动荷载下Forchheimer非线性渗流和达西线性渗流时饱水沥青路面内部各力学场量的变化。渗透试验结果表明：在较高水力梯度下渗流流速-水力梯度关系呈现出非线性特征，不再适用达西定律，而需应用Forchheimer非线性渗流定律描述。数值模拟分析结果表明：2种渗流形态时沥青路面结构内部各力学场量均随着车轮动荷载的作用过程表现出波动性，且孔隙水压力均随着半正弦波型荷载的变化而呈正相关关系；与达西渗流时计算结果相比，非线性渗流时上面层内正孔隙水压力的峰值高49%，沥青面层内水平方向的拉应力、压应力、拉应变的峰值分别高16%、105%、15%，且在路表产生竖向拉应力，孔隙水压力也远高于现场实测值；2种渗流形态时均在上基层底部产生竖向拉应力，在沥青路面内产生的剪应力差别很小。因此，在车轮动荷载作用下，饱水沥青路面内部形成超高孔隙水压力和高流速的非线性渗流，会产生比线性渗流更为严重的水损害，以往基于达西定律的饱水沥青路面动态响应分析低估了车轮动荷载对沥青路面水损害的影响程度。     

岩溶区运营公路隧道衬砌受力特性模型试验分析

岩溶区隧道的修建改变了原有地下水平衡,溶洞的存在会使水压力集中作用在隧道衬砌上产生集中应力,严重威胁到隧道的正常运营与安全。以广东省岩溶地区运营公路隧道为工程依托,基于室内隧道模型试验,研究岩溶区运营公路隧道在不同溶洞空间分布形态大小特征、不同节理倾角、强降雨条件下衬砌的受力特性,以隧道衬砌表面应变、孔压、土压力和衬砌周边围岩位移的试验测试数据为分析依据,得出结论:沿经过隧道衬砌中心位置走向为45°和135°的溶洞对隧道衬砌不良作用大;溶洞的直径对于隧道衬砌受力特性影响最小,其作用主要是通过与围岩节理面倾角和溶隧间距(溶洞与隧道)的组合来体现;溶洞与隧道距离约在该距离为1.5倍隧道直径时,隧道衬砌的安全性最差;围岩的节理面倾角对隧道衬砌安全性的影响较为复杂,主要表现为以围岩沿节理面方向运动发生的附加应力作用和地下水沿节理面渗流所发生的孔压调节作用。     

下穿黄河盾构隧道“结构-壁后注浆-土体”结合部渗流研究

盾构隧道结构与土体间存在"衬砌结构-壁后注浆-土体"结合部,黄河下游"悬河"段河水水位高于两岸地表,修建于"悬河"下的盾构隧道"结构-壁后注浆-土体"结合部是否会形成渗流通道,使黄河水体涌入两岸从而影响两岸安全,是穿黄盾构隧道工程与其他穿越江河盾构隧道工程的最大不同之处,也是关系到工程建设是否可行的关键问题。对盾构隧道结构-壁后注浆-土体结合部进行理论简化和数值计算,并模拟了不同工况条件下沿结合部渗入两端的的渗流量,结果表明:壁后注浆对于减小结合部渗流具有重要作用,盾尾间隙厚度对渗流安全影响较小;随着壁后注浆体渗透系数减小,两端涌水量显著减少;盾尾间隙的减小对于降低两端渗流量作用不大。据此提出相应的工程建议:为防止"衬砌结构-壁后注浆-土体"结合部渗流通道形成,衬砌设计中增设注浆孔,施工时适当增大注浆量及注浆压力,防止无注浆空隙的产生,降低壁后注浆体渗透系数是首选措施;通过控制盾构掘进姿态、减少超挖,从而减小盾尾间隙厚度可作为辅助施工措施;施工过程中在隧道内进行壁后注浆开孔检漏试验并根据试验结果进行补充注浆可作为结合部渗流安全的检验、补充措施。     

设排水基层的沥青路面结构内部排水特性探讨

采用多孔渗流理论分析比较了沥青路面面层的静水压力和动水压力,指出动水压力是导致沥青路面产生水损害的主要原因。     

某引水隧洞聚脲防渗施工技术

某引水隧洞的结构为双层衬砌,各层具单独受力特性,渗水的排水方式为内水内排,隧洞在试运营后渗水量偏大,增加了运营成本并且给隧洞结构安全带来很大隐患。文章首先介绍了高压引水隧洞的聚脲防渗施工处理。喷涂双组分聚脲施工部位主要为隧洞内衬分段施工的环向接缝和预应力筋锚具槽处。其次,介绍了聚脲材料和底涂材料,并对聚脲喷涂技术施工工艺和施工要求进行了详细介绍,采用压水试验检查,黏结强度、聚脲厚度监测,证明采用聚脲喷涂防渗技术对高压水工混凝土的防护、防渗、降低运营成本和高水压引水隧洞在长期安全运营具有重大意义。采用聚脲喷涂防渗技术处理后,渗水量大幅降低。     

引水洞爆破施工对既有隧道衬砌的影响分析

某铁路隧道建成运营后,受溶洞区域水压大的影响,岩溶核心段出现衬砌渗漏水现象。为了解决衬砌渗漏水问题,通过在正洞顶部施作引水洞,截取岩溶水,减小作用在隧道衬砌周围的荷载。本文结合某铁路隧道引水洞爆破施工,通过从爆破震动、结构变形等动态监控和土压力、型钢应力、混凝土应变等静态监控,分析引水洞施工期间正洞衬砌结构受力和变形情况,得出爆破震动速度和结构受力都控制在允许标准以内,并且隧道结构变形很小、结构受力相对稳定,说明引水洞施工对正洞衬砌结构影响小,保证了运营线的安全。     

电缆隧道渗水红外检测装备技术研究

为在地下电缆隧道运行过程中,快速识别和提取隧道管壁渗水特征,研究一种隧道渗水检测装备,利用红外热像仪拍摄隧道的轴径向红外热像图,并对拍摄得到的红外热像图进行图像处理,进而得到隧道管壁渗水区域的渗水特征提取图像。最后以宁波市澄浪电缆隧道某段作为目标测试装备的实际使用效果。测试结果表明:检测装备可以有效地识别并拍摄隧道渗水区域的红外热像图,从红外热像图中提取出的隧道渗水特征具有较高的准确性。     

平行4孔山岭隧道渗流场解析解及影响参数分析

为研究平行4孔山岭隧道渗流场,综合镜像法与叠加原理推导考虑衬砌时平行4孔隧道渗流场的解析解,将该解分别退化为单孔、双孔及3孔隧道渗流场解析解后与现有研究进行对比,并结合数值模拟计算结果,对解析解的正确性进行验证,继而讨论隧道间距、隧道相对尺寸及初期支护参数对4孔隧道涌水量及初期支护外水压力的影响规律。研究结果表明： 1）对于平行4孔隧道渗流场来说,间距变化带来的影响在相邻隧道间表现更加显著,当间距超过20倍隧道半径时则可忽略不计; 2）随着某一隧道直径的增大,该洞涌水量随之增大,其余隧道涌水量随之减小; 3）随着初期支护渗透系数的减小及其厚度的增大,隧道涌水量逐渐减小,初期支护后水压力逐渐增大,隧道间相互影响逐渐减弱。     

前海湾大直径盾构隧道局部渗流对周边建筑物的影响分析

为了研究运营期的大直径盾构隧道局部渗流对周边建筑物产生的影响，依托深圳前海湾大直径盾构隧道项目，基于流固耦合理论，利用ABAQUS有限元软件建立大直径盾构隧道局部渗流的二维实体模型，分别对不同位置的接头渗水进行计算分析。计算结果表明，渗水位置对地表沉降的影响较大，渗水位置越靠近隧道顶部地表，不均匀沉降越明显且最大沉降量越大。因此，渗水位置越靠近隧道顶部时，长期固结沉降导致的周边建筑物倾斜程度越大，越不利于建筑物的稳定性。以倾斜程度作为建筑物破坏等级的评判标准，通过局部渗流引起的地表沉降曲线计算出不同位置处的建筑物的倾斜程度，基于经验判断法，给出建筑物与隧道中心之间最小安全距离的保守估计值。     

爆破荷载作用下双洞大跨公路隧道之间的相互影响研究

双洞近距公路隧道之间的相互影响对公路隧道的稳定性有着很重要的作用,特别是随着公路隧道向大跨方向的发展,使得近距公路隧道的相互影响更加明显和重要。由于现阶段一般公路隧道的修建仍然采用爆破法施工,这使得大跨公路隧道在爆破时程荷载作用下,爆破施工隧道对邻近隧道的影响明显区别于在静力作用下的影响。采用m idas GTS有限元软件,对在重力和爆破荷载共同作用下的大跨双洞公里隧道进行了动态荷载作用下的相互影响研究,得出采用爆破施工的条件下,在不同布置情况下的双洞大跨公路隧道的相互影响特征,得出隧道围岩和邻近隧道衬砌中的位移和震速随时间的变化情况。     

公路隧道衬砌背后空洞积水冻胀的力学简化模型研究及误差分析

为解决高寒地区公路隧道衬砌背后积水冻胀问题,针对特定的环向长条形空洞,建立了2种不同的简化计算模型,即将衬砌结构简化为拱脚为铰支座约束和弹性固定端约束的半圆拱模型。采用荷载-结构法,推导衬砌结构在冻胀力作用下的内力公式,利用MATLAB计算不同参数下的理论值,并绘制内力变化曲线,确定整个衬砌结构在空洞不同大小时的内力分布规律。计算结果表明： 冻胀力引起的衬砌弯矩和轴力极值位于不同的衬砌位置,仅仅考虑弯矩或轴力对衬砌的影响具有一定的误差。对衬砌背后冻胀力的内力影响规律以及2种简化模型的误差进行定量分析,为公路隧道施工和运营维护提供了一定的参考价值。     

严寒地区隧道洞口渗井排水技术探讨

为缓解严寒地区隧道排水口易冻堵、山体地下水流失严重等问题，在既有的路基渗井排水系统的研究基础上，分析总结前人的经验，然后针对寒区隧道特殊的排水结构和严寒地区恶劣的自然气候条件，对传统渗井结构进行优化设计，将渗井结构应用于隧道排水工程中，提出用渗井排水系统来代替传统的保温出水口完成洞口排水的任务。在满足渗水条件和排量要求的前提下，针对不同的水文地质条件设计3套渗井排水方案，同时给出各方案的设置参数和结构尺寸计算公式。文章提出的渗井排水系统相较传统的洞口排水方式最大的优势在于水流经过渗滤直接排入地下，可解决排水口易冻堵的难题，减少水分蒸发，有利于地下水资源的储存，符合绿色环保和可持续发展的理念。