高水壓山嶺隧道襯砌水壓力分布規(guī)律研究.pdf

1、國(guó)內(nèi)鐵路路網(wǎng)的完善和發(fā)展，需要修建大量深埋長(zhǎng)大山嶺隧道，在高水壓巖溶區(qū)修建隧道在國(guó)內(nèi)外都是個(gè)技術(shù)難題，尤其在當(dāng)今對(duì)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(duì)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(shí)踐應(yīng)用價(jià)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(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)中很關(guān)鍵且無法回避的問題，已經(jīng)引起各國(guó)有識(shí)之士的極大關(guān)注。本文以在建的渝懷線圓梁山深埋特長(zhǎng)鐵路隧道為工程背景對(duì)上述問題進(jìn)行系統(tǒng)研究。 研究?jī)?nèi)容與方法：1、在對(duì)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(yàn)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(diǎn)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(duì)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(duì)地下水滲流場(chǎng)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(chǎng)的分布，對(duì)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(cè)報(bào)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(dòng)力模型；特別是對(duì)深孔壓水和抽水試驗(yàn)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(yàn)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(yàn)、理論計(jì)算公式、滲流場(chǎng)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(shí)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(duì)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(shí)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??；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(duì)圓梁山隧道工程，給出了水壓力分布規(guī)律模型試驗(yàn)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(duì)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(shí)，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(shí)隧道的位移、塑性區(qū)、襯砌內(nèi)力大小和分布特點(diǎn)；運(yùn)用結(jié)構(gòu)力學(xué)上彎矩影