巖溶隧道堵水限排襯砌外水壓力及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究.pdf

1、本文提出高水位巖溶地區(qū)的隧道應(yīng)該采取“以堵為主，限量排放”即“堵水限排”的原則，并結(jié)合渝懷線圓梁山隧道和萬(wàn)宜線八字嶺隧道研究了巖溶隧道堵水限排襯砌外水壓力計(jì)算及襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)題，主要研究工作如下： (1)利用解析方法系統(tǒng)研究了滲流、應(yīng)力聯(lián)合作用下圍巖處于彈塑性狀態(tài)時(shí)各點(diǎn)應(yīng)力、位移分布規(guī)律，并利用松弛區(qū)的概念推導(dǎo)了滲流、應(yīng)力聯(lián)合作用下最小圍巖壓力。 (2)基于推導(dǎo)的滲流應(yīng)力聯(lián)合作用下圍巖應(yīng)力、位移以及最小圍巖壓力的公式編制

2、程序，詳細(xì)分析了不同排放量下圍巖應(yīng)力變化規(guī)律、圍巖特性曲線以及圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)相互作用規(guī)律。研究表明不同排水量下圍巖特性曲線不同，支護(hù)阻力也不同，不同排水條件下圍巖有效切向應(yīng)力和有效徑向應(yīng)力的變化很明顯，排水對(duì)圍巖應(yīng)力以及支護(hù)體系受力的影響是不容忽視的。 (3)利用PLAXIS軟件進(jìn)行滲流應(yīng)力聯(lián)合作用下襯砌結(jié)構(gòu)受力分析，通過(guò)解析解、數(shù)值解以及與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的對(duì)比，得出一重要結(jié)論即在傳統(tǒng)的隧道支護(hù)體系設(shè)計(jì)中，在全排時(shí)全然不考慮水的影

3、響，而按無(wú)水圍巖來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)是不安全的，而全堵時(shí)考慮全水頭作用是足夠安全也是完全必要的。 (4)針對(duì)高水位巖溶隧道的特點(diǎn)提出了“堵水限排”設(shè)計(jì)時(shí)隧道支護(hù)體系的組成，并建立模型推導(dǎo)了高水位巖溶隧道襯砌水壓及排水量的計(jì)算公式。在此基礎(chǔ)上研究了襯砌水壓與排水量的關(guān)系以及注漿圈對(duì)于削減襯砌水壓的作用，并為圓梁山隧道提供了合理的注漿加固范圍。 (5)通過(guò)精心設(shè)計(jì)的室內(nèi)試驗(yàn)并與解析計(jì)算、現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)相對(duì)比系統(tǒng)研究了“堵水限排”下襯砌水壓分

4、布規(guī)律，得出重要結(jié)論即采用完全封堵措施不能發(fā)揮注漿加固圈對(duì)滲透水壓的衰減作用，只有在考慮襯砌的排水性能即采取排水措施時(shí)才能發(fā)揮注漿加固圈對(duì)滲透水壓的衰減作用，且對(duì)地層注漿有助于減小地下水排放的流量。但是不能通過(guò)盲目增加注漿圈厚度來(lái)達(dá)到降低襯砌水壓的最佳效果，設(shè)計(jì)中要選擇合適的注漿圈厚度，以達(dá)到堵水效果好，且經(jīng)濟(jì)合理的目的。 (6)結(jié)合萬(wàn)宜鐵路八字嶺隧道研究了該隧道在高地應(yīng)力以及高壓富水條件下最合理的結(jié)構(gòu)形式，并運(yùn)用滲流力學(xué)和數(shù)值

5、模擬相結(jié)合的方法對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行了分析研究，指出高水位巖溶隧道斷面優(yōu)化應(yīng)在綜合考慮初始地應(yīng)力場(chǎng)的作用、開(kāi)挖后圍巖的力學(xué)性態(tài)、襯砌受力狀況以及經(jīng)濟(jì)性的基礎(chǔ)上進(jìn)行，同時(shí)支護(hù)體系設(shè)計(jì)一定要考慮注漿圈的作用。 本文的研究闡明了滲流應(yīng)力聯(lián)合作用下圍巖與襯砌的相互作用機(jī)理，指出了傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在全排時(shí)完全不考慮水的作用是不安全的。同時(shí)，提出了高水位巖溶隧道合理的支護(hù)體系構(gòu)成和堵水限排時(shí)襯砌水壓的計(jì)算方法，為高水位巖溶隧道的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了理論