高水壓山嶺隧道襯砌水壓力分布規(guī)律研究.pdf

1、國內(nèi)鐵路路網(wǎng)的完善和發(fā)展，需要修建大量深埋長大山嶺隧道，在高水壓巖溶區(qū)修建隧道在國內(nèi)外都是個技術(shù)難題，尤其在當(dāng)今對環(huán)保要求較高的條件下，必須改變以往“以排為主、排堵結(jié)合”的治水方案，采取“以堵為主、限量排放”的治水方案，在這種背景下，不可避免地遇到高水壓力的問題，研究深埋高地下水位鐵路隧道圍巖、注漿圈、襯砌背后水荷載的分布規(guī)律，高水壓力的存在對隧道圍巖穩(wěn)定和結(jié)構(gòu)受力的影響，具有突出的工程實踐應(yīng)用價值。這些問題已成為當(dāng)前地下工程(特別是深

2、埋山嶺隧道)設(shè)計、施工、運(yùn)營中很關(guān)鍵且無法回避的問題，已經(jīng)引起各國有識之士的極大關(guān)注。本文以在建的渝懷線圓梁山深埋特長鐵路隧道為工程背景對上述問題進(jìn)行系統(tǒng)研究。 研究內(nèi)容與方法：1、在對水工隧道水壓力折減系數(shù)綜合分析的基礎(chǔ)上，考慮鐵路隧道與水工隧道結(jié)構(gòu)、防排水型式的不同提出了與以上因素有關(guān)的水壓力作用系數(shù)的概念。采用室內(nèi)三維模型試驗方法研究了均質(zhì)圍巖、裂隙圍巖中隧道修建過程中水壓力分布變化規(guī)律，重點分析了襯砌背后和注漿圈外表面水

3、壓力及其水壓力作用系數(shù)與圍巖、注漿圈、襯砌的滲透系數(shù)、厚度和隧道控制排水量的關(guān)系。 2、采用理論分析方法，推導(dǎo)了均質(zhì)圍巖中針對鐵路隧道防排水型式下的注漿圈外表面、襯砌背后水壓力理論解析公式，并分析了襯砌背后水壓力與各量之間的關(guān)系。并通過對地下水滲流場數(shù)學(xué)模型研究，采用等效連續(xù)介質(zhì)模型用數(shù)值方法分析了隧道滲流場的分布，對地下水在圍巖、注漿圈、襯砌上水壓力分布規(guī)律及其作用系數(shù)進(jìn)行了分析。 3、以圓梁山隧道地質(zhì)勘測報告為基礎(chǔ)，

4、分析得出了圓梁山隧道的水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型、地下水流系統(tǒng)模型、地下水動力模型；特別是對深孔壓水和抽水試驗成果進(jìn)行了詳細(xì)分析，得出了隧道附近圍巖的滲透系數(shù)和滲透系數(shù)張量，為數(shù)值分析和三維室內(nèi)模型試驗圍巖滲透系數(shù)的取值提供了依據(jù)；進(jìn)一步概括得出了圓梁山隧道的地下水流數(shù)學(xué)模型，并將模型試驗、理論計算公式、滲流場等效連續(xù)介質(zhì)數(shù)值模擬分析得到的水壓力分布規(guī)律應(yīng)用于該工程實際。 4、采用數(shù)值分析方法研究了單線鐵路隧道標(biāo)準(zhǔn)襯砌斷面形式承受水壓力的

5、能力，并結(jié)合圓梁山隧道工程對5種不同形狀斷面進(jìn)行了優(yōu)化分析。 5、在水壓力分布規(guī)律研究的基礎(chǔ)上，采用數(shù)值分析方法分析了水壓力在襯砌上均勻分布、不均勻分布、局部突水時隧道圍巖穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)受力特征。 主要研究成果：1、提出了水壓力作用系數(shù)的概念，并采用室內(nèi)模型試、理論公式推導(dǎo)、數(shù)值分析等方法研究得出了注漿圈外表面、襯砌背后水壓力分布規(guī)律，確定了作用在襯砌上水壓力荷載的大小；得出了水壓力作用系數(shù)與圍巖、注漿圈、襯砌滲透系數(shù)、厚

6、度及隧道控制排水量的關(guān)系。2、針對圓梁山隧道工程，給出了水壓力分布規(guī)律模型試驗和數(shù)值分析結(jié)果的工程應(yīng)用。 3、得出了單線鐵路隧道標(biāo)準(zhǔn)襯砌斷面形式承受水壓力的能力值為0.40MPa，經(jīng)對斷面形狀進(jìn)行優(yōu)化分析得到承受高水壓力的合理斷面形式為蛋形斷面或圓形斷面，當(dāng)水壓力超過1.5MPa時，采用圓形斷面為宜。 4、分析了水壓力在襯砌上均勻分布、不均勻分布、局部突水時隧道的位移、塑性區(qū)、襯砌內(nèi)力大小和分布特點；運(yùn)用結(jié)構(gòu)力學(xué)上彎矩影