城市轨道交通富水岩溶隧道衬砌外水压力及结构受力研究

发布时间：2018-07-23 17:27

【摘要】：随着我国轨道交通的发展,隧道选线时不可避免的需穿越高水压富水地层,以往遇到高水压富水地层问题,往往采取“以排为主”的防排水设计原则,对水荷载的考虑较少,但对生态环境和工程都会造成诸多不利的影响。本文为保护生态环境和保障工程的耐久性、安全性,以“主动堵水,限量排放”为理念进行隧道设计,考虑水荷载对隧道结构及稳定性的影响。本文在重庆市自然科学基金计划资助下,以重庆市轨道交通领域第一条长大山岭隧道即1号线中梁山隧道为依托工程,采用理论分析、现场试验、数值模拟等方法对富水岩溶隧道衬砌外水压力及结构受力特征等进行了系统深入的研究,取得以下主要成果:①通过对工程水文地质资料的调查,分析了水对隧道围岩和衬砌结构稳定性的影响特征,得到水对围岩稳定性的影响主要表现为围岩粘聚力、内摩擦角和有效应力的降低,水对衬砌稳定性的影响主要表现为水在混凝土衬砌的微裂纹内运动产生了劈裂力和岩溶水对钢筋的腐蚀。②通过对中梁山隧道施工过程中的衬砌结构受力及衬砌外水压力进行现场量测试验,获得了衬砌结构受力随时间的变化规律和不同排水孔失效区段长度下隧道衬砌外水压力的变化规律③在现场试验和数值模拟的基础上分析了衬砌背后排水系统畅通性对隧道围岩、加固圈、衬砌的渗流场分布的影响,获得了随着排水失效长度的增大,注浆加固圈、初期支护及二次衬砌的水压力的变化规律。通过FLAC3D对隧道开挖过程进行了模拟,获得了隧道开挖过程中围岩、加固圈、衬砌结构的分布规律和受力特征。④通过分析不同注浆加固圈厚度和渗透系数对隧道加固圈、初期支护及二次衬砌的渗流场、应力场、位移场及稳定性的影响,得到了随着加固圈厚度和渗透系数的变化,隧道加固圈、初期支护及二次衬砌的渗流场、应力场、位移场的分布规律、变化特征和二次衬砌稳定性的变化规律,并提出了合理的注浆加固圈设计参数。⑤针对隧道开挖后形成的(非)稳定渗流场问题,以伯努利方程和达西定律为基础,推导了(非)稳态渗流下渗透系数与水压力之间的关系,定性验证了数值模拟结果的可信性。
[Abstract]:With the development of rail transit in our country, it is inevitable to pass through the high water pressure and water rich ground layer when selecting the tunnel route. In the past, the problem of high water pressure and water rich ground layer is often adopted by the principle of "drainage as the main factor", and the water load is less considered. However, the ecological environment and engineering will cause a lot of adverse effects. In order to protect the ecological environment and ensure the durability and safety of engineering, this paper takes "active water plugging, limited discharge" as the concept of tunnel design, considering the influence of water load on tunnel structure and stability. In this paper, with the support of Chongqing Natural Science Foundation and the first long mountain tunnel in the field of railway transportation in Chongqing, which is Zhongliangshan Tunnel on Line 1, theoretical analysis and field test are adopted. By numerical simulation and other methods, the external water pressure and structural stress characteristics of the lining of water-rich karst tunnel are studied systematically and deeply. The following main results are obtained: 1 through the investigation of engineering hydrogeological data, The influence of water on the stability of surrounding rock and lining structure of tunnel is analyzed. It is found that the influence of water on the stability of surrounding rock is mainly manifested by the decrease of cohesion, angle of internal friction and effective stress of surrounding rock. The influence of water on the stability of lining mainly shows that the movement of water in the micro-crack of concrete lining produces splitting force and the corrosion of steel bar by karst water. 2. Through the construction of Zhongliangshan Tunnel, the force on the lining structure and the lining are carried out. Field measurement test of external water pressure, The variation of stress on lining structure with time and the variation of external water pressure of tunnel lining under different failure section length of drainage hole are obtained. 3 on the basis of field test and numerical simulation, the unobstructed drainage system behind lining is analyzed. On the tunnel surrounding rock, The influence of seepage field distribution of reinforced ring and lining on the water pressure of grouting ring, primary support and secondary lining is obtained with the increase of drainage failure length. The tunnel excavation process is simulated by FLAC3D, and the distribution law and stress characteristics of surrounding rock, reinforcement ring and lining structure during tunnel excavation are obtained. 4. Through analyzing the thickness and permeability coefficient of different grouting reinforcement ring, the tunnel reinforcement ring is obtained. With the influence of seepage field, stress field, displacement field and stability of primary support and secondary lining, the seepage field and stress field of tunnel reinforcement ring, initial support and secondary lining are obtained with the change of the thickness and permeability coefficient of reinforcement ring. The distribution law of displacement field, variation characteristic and variation law of secondary lining stability are put forward. A reasonable design parameter of grouting reinforcement ring is proposed to solve the problem of (non-stable) seepage field formed after tunnel excavation. Based on Bernoulli equation and Darcy's law, the relationship between permeability coefficient and water pressure under unsteady seepage is derived, and the credibility of numerical simulation results is verified qualitatively.
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U451

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3 张丽s，

本文编号：2140116