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承压富水隧道结构承载数值模拟方法研究及应用

王旭光  
【摘要】:随着我国经济的发展,对基础工程建设要求也越来越高,隧道工程作为完善道路线形的重要一环,也迎来发展与挑战。以往山岭隧道对涌水多考虑以排水方式处理,随着人们环保意识的提高,针对隧道涌水的处理理念从以排为主转变为“防、排、截、堵结合,因地制宜,综合治理”。随着对隧道涌水的处理理念的改变,隧道衬砌结构承受水压力的可能性越来越大。当考虑将隧道内涌水全部排出时,衬砌结构不承受水压力。当隧道限排、排水能力有限、排水路径阻塞等情况发生时,则隧道内涌水不能及时排出,衬砌结构将承受水压力作用。本文以重庆华岩隧道工程华岩隧道(又名石板隧道)为依托,以山岭隧道为对象,研究衬砌结构突水水压力简化计算模式,针对衬砌背后空腔水压力分布模式进行研究,尝试针对衬砌结构背后水压力进行分级,具体工作与结论如下:(1)针对华岩隧道,选取T2l地层分别对衬砌结构在仅考虑围岩压力、0.3MPa水压力、0.6MPa水压力情况进行计算。计算结果表明,衬砌结构边墙及以下部位内力较大,成为结构设计控制截面。(2)针对衬砌结构背后突水水压力简化计算进行研究。基于荷载等效原理提出两种计算突水水压力的简化模型,计算了突水原始作用面积22m、水压1Mpa与2MPa,突水作用于拱顶时6种工况,计算结果表明,可以采用集中力的方式对突水水压力进行简化计算。(3)针对衬砌结构背后空腔水压力,根据不同排水条件,提出四种水压力分布形式,进行了对比分析计算,计算结果显示,当空腔完全不排水时,对衬砌结构最不利。(4)针对水压力分级,提出以安全系数为分级指标。采用规范推荐山岭公路两车道隧道标准断面,并采用其推荐衬砌结构支护参数,分别计算衬砌结构为混凝土和钢筋混凝土时其承受水压力限值,以此水压力限值作为不同围岩条件下水压分级的界限值进行水压力分级。当衬砌结构采用规范推荐支护参数时,其承受水压力有限。针对山岭公路两车道隧道,给出了Ⅲ级围岩时不同水压下的二次衬砌支护参数。


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