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。     

运营岩溶隧道结构水压长期监控及其特征分析

对于岩溶隧道,水压力是衬砌结构的主要荷载之一。在岩溶隧道的运营过程中,水压力受隧道的排水系统、岩溶、地表水等因素的影响而不断地变化着。对运营岩溶隧道结构的水压力进行长期监控和分析,可以了解岩溶隧道结构的受力特征及隧道防排水措施的作用,为岩溶隧道的后期维修养护和水治理提供相应参考依据。以宜万铁路大支坪隧道为研究对象,对其运营过程中水压力进行了长期的监控和分析,监控结果说明,施工过程中的防排水措施起到了相应的作用。隧道结构水压力在2~35kPa范围内变化,其数值基本稳定,对隧道结构的受力特征影响较小,同时为该岩溶隧道的后期维护提供了有益的参考。     

隧道复合式防排水系统的设计、试验及工程应用

传统隧道防排水系统中,防水板极易因施工控制不当出现破裂,而防水板破裂后,地下水进入防水板与二衬间的空隙中,由于防水板与二衬间缺乏排水通道,地下水将沿衬砌裂缝、施工缝等薄弱环节渗出而形成隧道渗漏水病害。在传统隧道防排水系统中,渗漏水病害治理难度大,维修费用高,针对传统防排水系统存在的不足,提出了一种在隧道防水板与二衬间增设排水板的复合式防排水系统,该系统具有可调节、抗淤堵、易维护等优点。为验证该系统的有效性,采用自主研制的试验装置对复合式防排水系统中所采用的3种土工排水材料（毛细型排水板、凸壳型排水板、土工布）在不同水压及支护压力条件下的排水能力及抗淤堵能力进行了相关试验,并依托某在建隧道工程对不同土工排水材料在隧道复合式防排水系统中的应用效果进行了现场验证。主要研究成果有：①随着支护压力的增加,3种排水材料的排水能力均出现了不同程度的降低,其中,土工布降幅最大,毛细型排水板次之,凸壳型排水板最小;②在固定的水压和2层支护间压力条件下,进行20次浑水排水试验后,土工布排水能力发生大幅下降,毛细型排水板和凸壳型排水板排水能力小幅下降,但凸壳型排水板排水夹杂有泥沙,而毛细型排水板排水为清水,表明其抗淤堵能力较好;③复合式防排水系统的现场试验数据表明,防水板与二衬间增设排水板,具有良好排水泄压的能力,可有效降低衬砌背后水压。复合式防排水系统的研发可为隧道防排水系统设计和渗漏水病害治理提供借鉴。     

运营公路隧道衬砌排水系统技术状况评估方法研究

为指导管理单位维护公路隧道衬砌排水系统，保证隧道结构和通行安全，提出一种公路隧道衬砌排水系统技术状况评估方法。根据公路隧道衬砌排水系统结构特点将其划分为排水段、排水单元和排水管段3个层次，分别以各管段的功能性和结构性病害参数作为评价指标建立相应的评价指标体系;参照市政排水管道病害参数的计算方法确定公路隧道衬砌排水系统管段病害参数计算方法;采用SWMMH软件建立公路隧道衬砌排水系统模型，模拟排水系统中地下水的状态，计算各管段和不同工况下排水单元间流量，根据流量比值大小得到不同管段和排水单元的权重；采用分层加权综合评价思想建立功能性和结构性技术状况评价模型。将该模型应用于实际工程中，计算结果能较好地反映排水系统实际状况。     

复合式衬砌隧道防排水设计几个问题探讨

为了防止和减少隧道渗漏水病害,通过分析复合式衬砌隧道防排水的现状和存在的主要问题,研究隧道排水量和水压力控制值分级、上下分离的防排水体系、围岩防水能力、防水层和二次衬砌混凝土整体防水效果检验评价等,并对防排水系统的设计和参数选择提出以下建议： 1）对于采用复合式衬砌的隧道,如果能满足环境保护及使用功能要求,其全隧道排水量宜控制在1.0 m3/（m·d）〖JP〗以内,二次衬砌背后承受的水压力最大宜控制在1.0 MPa以内; 2）为了减少隧道渗漏水发生的概率,并保证隧道结构的稳定,可考虑将拱、墙防排水体系和仰拱防排水体系分开设置,拱部、侧墙部位的渗水直接排入侧沟,仰拱部位的水主要通过纵向中心排水盲管排出,当水压力高时,通过与中心排水盲管连通的横向排水管将水引入新增的侧沟,并通过在横向排水管出水口安装的阀门进行限量排放; 3）通过地面隔离墙（咬和桩）、地面注浆、洞内注浆、旋喷、超前管棚、超前管幕、施作双层衬砌等措施,阻断和减小来水通道,提高地层强度和完整性,降低隧道涌水量和衬砌背后的水压力,并降低大量排水对运营和环境的不利影响。     

岩溶隧道衬砌施工缝疏水涂层长期工作性能研究

岩溶隧道排水系统中普遍存在岩溶水碳酸钙结晶堵塞反复出现的问题,从而引发隧道渗漏水加剧,危及隧道运营安全.在依托工程中,对岩溶地区运营公路隧道衬砌施工缝渗漏水进行了引排水处理,并在排水半管的混凝土基面上施作了疏水涂层以减少结晶的附着,针对该疏水涂层的长期工作性能进行了室内试验和现场监测.选取基面接触角作为表征指标,通过室...     

京珠高速公路洋碰隧道水害原因分析及安全性评价

针对降雨引发的岩溶地区隧道水害影响隧道运营安全问题,以京珠高速公路洋碰隧道为例,通过地质勘探与水连通试验,探明隧址区不良地质情况与水连通特性,采用数值仿真方法探究雨后高水压下隧道结构应力场、渗流场的特征规律,并结合病害情况提出整治措施。研究结果表明: 1)地表强降雨、地层岩溶发育、灌入式雨水下渗通道是此次水害的主要原因,而这些原因综合导致的隧道外水压力过高是病害发生的直接原因; 2)由于排水能力相对不足,地层高水头下隧道结构(尤其是隧底和拱顶)仍承受较高水压力,大幅削弱了衬砌结构安全性,易引发边墙、隧底的裂损问题; 3)采取“增设泄水廊道+地表封堵及引流+增设边墙泄水孔”的整治措施后,整治效果良好。     

季节性暴雨后某高速公路隧道病害及整治

为了解决长时间季节性暴雨后,运营隧道易出现病害的问题,对长时间季节性暴雨后高速公路某运营隧道发生的病害进行调查、监控、数值模拟及分析。研究结果表明:1)长时间大暴雨后,隧道病害关联性存在,表现为渗漏水、基底隆起、翻浆冒泥、中央排水沟堵塞以及衬砌变形破坏;2)排水系统堵塞后,隧道衬砌结构上水压力和内力急剧增大,隧道率先在仰拱和墙脚处出现破坏;3)隧道渗漏水病害采用凿槽引排,变形破坏段采用分段逐步换拱和仰拱施作,整个隧道采用中央排水沟扩挖、沉沙井和排水系统疏导的方法;4)病害整治期间隧道结构变形较小、收敛,结构安全,整治措施合理可靠。     

富水公路隧道排水系统结晶堵塞典型病害分析与处置

隧道排水系统的正常使用是保证隧道衬砌结构安全和行车运营安全的重要前提,在西南地区,隧道施工常碰到地质条件复杂的富水地区,隧道排水系统在施工阶段出现白色结晶沉淀致使排水系统堵塞甚至失效。文章通过大量的文献调研和工程实践应用,探析富水地层公路隧道排水系统结晶堵塞的成因机理,并提出针对性的病害处置建议,可显著减少排水系统堵塞的发生,提高隧道结构的安全性。     

高水压公路隧道的结构受力特征及对围岩稳定性的影响

以四川省某公路的高水压隧道为对象,采用有限元软件ANSYS11.0,对其结构的受力特征和围岩的稳定性进行了研究。结果表明,水压力对隧道所受的轴力、弯矩、剪力影响最大,受水压力的影响,轴力增加69%以上、弯矩增加97%以上、剪力增加203%以上。在水压力作用系数相同时,在衬砌背后排水系统排出的地下水时,衬砌内力、塑性应变、隧道位移最大值要大于从衬砌渗出的数值,但增幅很小。无论是蛋形断面还是圆形断面,隧道轴力、位移矢量、竖向位移的最大值均有一定程度的减小,两种断面的减小幅度非常相近,圆形断面对隧道结构受力与围岩稳定性要比蛋形断面好。水压力分布不均匀的衬砌内力、塑性应变、隧道位移最大值比分布均匀的要大,其中弯矩、塑性应变最大值增加非常明显,分别增加了100%、443%,水压力分布不均匀对隧道结构受力、围岩稳定性影响较大。     

厦门海底隧道防排水系统研究与工程应用

为了对中国海底隧道防排水系统设计提供理论依据,针对厦门海底隧道防排水系统设计问题进行了研究.通过对隧道涌水量进行计算,对堵水注浆圈作用进行分析并结合工程类比后,分析确定了厦门海底隧道的防排水设计原则及方案,即在主隧道不良地质地段和整个服务隧道采用全封堵方案,水压按全水头计算;在主隧道完整围岩地段采用限量排放方案,水压可进行一定折减.用堵水注浆圈、自防水衬砌结构、分区防水系统和隧道排水系统共同构成厦门海底隧道的防排水系统.现场工程实践表明:该防排水系统达到了预期效果,可供类似隧道工程参考.     

山岭隧道"控制排水"原则下的围岩注浆

通过对山岭隧道新的排水原则的理解,指出了要在隧道开挖前进行预注浆堵水,从而达到“控制排水”原则的目的;提出了在围岩注浆情况下隧道的两种外水荷载的概念;并分别对加固圈和衬砌结构的外水荷载进行了受力分析,分析结果表明,在现有的技术条件下,单纯的围岩注浆,虽然可以达到堵水的目的,但并不能保证衬砌结构的安全,还必须采取“小排”的方式,排除衬砌背后多余的水,以消除衬砌背后的外水压力。     

隧道衬砌排水系统单元排水状态评价方法研究

为量化隧道衬砌排水系统及其病害造成的影响,对其排水状态进行有效评估,就隧道衬砌排水系统进行网络分层,提出其在单元网络节点、管段和单元等层面上的排水功能阈值及利用率等初始排水状态指标和计算方法;归纳出漏损及堵塞等典型病害形式,定义介数、出入数等分别代表结构、功能重要度进行单元网络的权重计算,讨论节点病害对管段、单元的排水功能阈值、利用率以及综合损失率等综合排水状态指标的量化影响和计算方法,并设计算例进行说明。算例结果中,纵管综合排水状态指标为0.001 6,较横管的0.002 3小,单元的综合排水状态指标s为0.040 3,表明以单元排水状态作为衬砌排水系统单元排水行为的量化指标,可有效实现衬砌排水系统单元的量化评价。     

浅谈隧道衬砌水荷载问题

关于处在渗流场中的隧道衬砌所受的水荷载,不同的规范有着不同的规定,有的按静水压力来计算,忽略渗流的影响;有的则认为因为隧道的排水消除了作用在衬砌上的外水压力,所以结构不受水荷载作用;有的则比较折中,将静水压力乘上一个折减系数作为作用在衬砌外边线上的计算水压力。为了明确水荷载概念,根据笔者的实际经验,对衬砌在不同透水性的情况下所受到的水荷载进行分析。从而进一步明确作用于衬砌背后的水荷载问题及其变化规律。     

漫谈矿山法隧道技术第十四讲——隧道涌水及其控制方法

分析制定隧道控制地下水对策的基本观点:既要考虑隧道施工对地下水的影响,也要考虑地下水对隧道施工的影响。指出控制地下水的对策必须符合3个条件:1)确保施工作业安全、顺利地开展;2)不对周边环境产生有害的影响;3)以合理的工费和工期来实现。隧道涌水视其发生位置、涌水量、发生时期、涌水量的历时变化等是各种各样的,应对隧道涌水进行合理分类,以便有的放矢地采取相应的对策。介绍了日本统计的地质构造和涌水现象的分类。涌水处理应达到3个基本目标:1)确保隧道施工在无水的条件下进行,或者是在可以接受的渗漏水条件下进行,或者是在对周边环境"可接受干扰"的条件下进行;2)二次衬砌原则上不承受水压作用,不得已时把水压控制在二次衬砌容许的范围内;3)运营中的隧道洞内不能成为地下水流经的通道,隧道衬砌背后必须形成一个纵横交错的、不易堵塞的、通畅的排水系统。达到上述目标的基本方法是:充分利用和提高围岩的隔水性能,合理地处理好"排"与"堵"的关系。针对涌水处理的3个基本目标,分别介绍了国内外相应的经验和措施。1)一些国家的指南、标准对隧道的涌水量进行了分级,认为涌水量≤2.5 L/(min·m)时基本上可以认为是在无水条件下施工;一般的线状流水、经常涌水可以用自然排水法排水;而针对突发大量涌水,则需要采取特殊的地下水对策予以解决。2)按照二次衬砌是否承受水压,隧道可分为3种情况:1衬砌不承受水压,即所谓的完全排水型隧道;2衬砌承受全部水压,即所谓的非排水型(防水型)隧道;3衬砌背后设置注浆域,分担衬砌承受的水压,衬砌只承受部分容许的水压。从目前的隧道设计实际来看,在山岭隧道中多数采用方案1,在城市隧道中多数采用方案2,在高水压和突发大量涌水的极端情况下采用方案3。介绍了日本、美国的设计经验。3)我国铁路隧道采用把地下水引入隧道,再从洞内两侧边墙附近设置的排水沟排出地下水的做法是值得商榷的;特别是在可能发生冻害的地区,更不可取。在国外,日本、德国、法国等国家的铁路、公路隧道基本上是把中央排水管设置在仰拱内或仰拱下方,而在隧道两侧只留有用于排出流入隧道内的雨水或隧道清洗水的排水沟;因此,建议立项研究取消洞内排水沟,设置中央或两侧脚部排水管的问题。最后指出,实现涌水处理的3个基本目标我们尚需努力,特别是"目标"的定位问题,尚需进行基础性的研究才能解决。在隧道施工中,涌水是不可避免的、客观存在的现象,我们积累的经验非常丰富,但缺乏系统的、认真的总结和归纳。     

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。     

不同水头作用下双层初支的隧道结构分析

为研究不同水头作用下双层初期支护加二次衬砌防护体系的受力情况，以永福屯隧道为依托工程，通过FLAC 3D软件研究不同水压作用下隧道支护结构的受力规律，通过设置拱顶上方30 m、60 m、90 m、120 m等4种水位为4种不同水压作用下抗水压衬砌支护形式的支护结构的分析得出，拱顶位移、二衬弯矩轴力随着水头升高增大；当水压高到一定限值时，位移增长百分比不会变化；由于隧道的排水作用，隧道周围的水压力有不同程度的下降。     

水库附近矿山法隧道抗水压衬砌结构研究

目前我国出现了大量的城市下穿隧道,但由于各城市间水文地质条件的差异性较大,既有的工程设计与施工经验不能生搬硬套,而应结合项目自身及周边环境的特点有针对性的展开研究,如何有效平衡地下水的适量排放与衬砌结构安全性、经济性的合理统一,对隧道设计至关重要。但是目前的防排水系统及防水衬砌设计等关键技术在城市地下空间建设过程中研究尚不系统,国内外也并无成熟的资料可供参考。基于此,以深圳市东部过境高速公路连接线中复杂水文地质隧道为工程依托,运用FLAC3D软件,研究分析了不同防排水方案下水压力分布特征及结构承载机理,并提出依托工程中合理防排水系统及防水衬砌设计方法,以期指导后续工程设计,保障工程施工与运营安全。     

韶赣高速公路白山隧道水害机理与安全性评价

水害给隧道结构自身和隧道内行车安全带来极大的威胁,可导致运营隧道出现塌方等事故。以韶赣高速公路白山隧道的衬砌裂损及渗漏水等病害为例,研究水害产生机理,表明隧道周边地下水的泄、排水,导致周边围岩土体流失,进一步加剧了围岩状况的恶化,使得隧道所受的围岩压力增大,渗漏水通道扩大,进而引发水害。采用MIDAS/GTS大型有限元软件分别对隧道衬砌背后及围岩的脱空、积水等现象进行数值模拟,结果表明,衬砌断面安全系数由无空洞时的5.91降为2.57,安全性明显下降。针对隧道水害机理和模拟结果,给出了工程应对建议。     

严寒地区拉法山隧道保温型防排水系统设计施工技术探讨

严寒地区隧道结构因为地下水的存在,会长期出现冻胀的问题,经过冻融后,隧道结构易产生破坏,将大大影响结构的使用寿命。严寒地区的拉法山隧道从设计到施工,在"防、排、截、堵相结合,因地制宜,综合治理"的原则指导下,摸索出"先堵水、后排水、再防水"的防排水工程三要素。即先对围岩进行封闭注浆堵水,达到衬砌背后无水、少水的目的,再对衬砌背后增加聚氨酯保温层,保证衬砌背后不结冻;同时,采用在冻结线以下的深埋中央水沟,保证排水的通畅,解决了隧道在严寒环境下的冻胀问题。在施工技术上,开发了挂设聚氨酯保温层的施工方法,同时对止水带施工工艺进行优化,仰拱纵向钢边止水带、中埋式止水带和衬砌中埋止水带均采用了特制的定型钢模板施工,有效地解决了隧道防排水系统施工的质量通病。