中梁山新建隧道对近接既有隧道渗流场影响研究

发布时间：2017-09-12 23:39

  本文关键词：中梁山新建隧道对近接既有隧道渗流场影响研究

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【摘要】：隧道往往是城市交通的一个堵点,随着城市的发展,既有成渝高速中梁山隧道已经成为一个很大的堵点。因此,为了缓解交通压力,在既有隧道两边各新修建一座新隧道,新修建的隧道会对近接既有隧道四周岩体应力场和渗流场造成一定的影响。本文以中梁山隧道为研究背景,采用理论计算和数值计算对比分析中梁山新建隧道对近接既有隧道渗流场产生的影响,并对既有隧道渗流防护提供加固建议。本文的主要研究内容和结论如下:(1)为了简化计算,采用等代圆半径法,把中梁山非圆形隧道转化为圆形隧道,并采用复变函数保角变换法将非圆形边界条件转换为圆形边界条件。采用简化的中梁山既有隧道模型对隧道涌水量解析解过程进行详细推导,并结合佐藤邦明公式推导出隧道经常涌水量公式。分析总结出干扰情况下的涌水量计算公式,并结合中梁山隧道情况得出修正后的干扰涌水量计算公式。(2)采用解析解公式、经验公式和FLAC3D软件数值模拟分别计算两种情况下的隧道涌水量:(1)没有修建新隧道前非干扰情况;(2)修建新隧道后干扰情况。结果表明:干扰情况下的既有隧道的涌水量比非干扰情况下的既有隧道涌水量有所减少,如隧道中心距离地下水位距离为60m时,数值计算的干扰涌水量为1.741m3/d·m,非干扰涌水量为2.127m3/d·m。(3)数值解和解析解进行对比分析,采用MATLAB软件对经常涌水量公式进行拟合,得出修正后的经常涌水量解析解公式。并对干扰涌水量公式进行修正,确定出修正系数b值,得出修正后的干扰涌水量公式。(4)采用FLAC3D软件对中梁山隧道考虑流固耦合和不考虑流固耦合情况下的渗流场和孔隙水压力进行模拟分析,并计算出流入隧道内的地下水水量,得出流固耦合情况下流入隧道内的涌水量大于不考虑流固耦合情况下的涌水量。如地下水位距隧道中心距离为60m时,流固耦合时的既有隧道干扰涌水量为1.741m3/d·m,不考虑流固耦合时的干扰涌水量为0.752m3/d·m,是因为在渗流作用下,改变了围岩应力场,使岩体的孔隙率和渗透系数增大。(5)采用FLAC3D软件对既有中梁山隧道未加固、仅顶部围岩注浆加固(加固上半圈)以及注浆帷幕加固(加固一圈)后的数值模拟分析。得出加固后流入隧道内的涌水量比加固前的涌水量小,如加固一圈渗流计算平衡后的涌水量为0.0126m3/d·m,加固前渗流计算平衡后的涌水量为2.127m~3/d·m。
【关键词】：渗流场影响 地下水 涌水量 新隧道与既有隧道
【学位授予单位】：重庆交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U452.11
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-15
• 1.1 选题依据及研究意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-13
• 1.2.1 新旧隧道相互影响发展现状11-12
• 1.2.2 隧道涌水量发展现状12-13
• 1.3 研究方法、内容及技术路线13-15
• 1.3.1 研究方法13
• 1.3.2 研究内容13-14
• 1.3.3 技术路线14-15
• 第二章 隧道渗流理论分析15-29
• 2.1 地下水渗流力学基础理论15-18
• 2.1.1 达西渗流理论15-16
• 2.1.2 渗流连续方程16-17
• 2.1.3 平衡微分方程17
• 2.1.4 微分方程的定解条件17-18
• 2.2 隧道围岩涌水量理论解析解18-24
• 2.2.1 隧道模型简化19
• 2.2.2 隧道围岩涌水量理论解析解19-22
• 2.2.3 常用经验公式法22-23
• 2.2.4 隧道干扰下涌水量理论解析解23-24
• 2.3 涌水量计算24-28
• 2.3.1 围岩渗透系数24
• 2.3.2 隧道涌水量计算24-27
• 2.3.3 中梁山隧道干扰下涌水量解析解27-28
• 2.4 结论28-29
• 第三章 既有隧道渗流数值分析29-50
• 3.1 FLAC3D软件简述29-32
• 3.1.1 FLAC3D本构模型29-30
• 3.1.2 FLAC3D计算模式30
• 3.1.3 FLAC3D渗流计算基本原理30-32
• 3.2 中梁山隧道概况32-37
• 3.2.1 隧址区地层岩性33
• 3.2.2 隧址区水文地质33
• 3.2.3 既有隧道施工涌水情况33-35
• 3.2.4 中梁山隧道涌水量测量35-37
• 3.3 数值模型参数37-38
• 3.3.1 渗透系数37
• 3.3.2 材料参数37-38
• 3.4 数值模拟分析38-48
• 3.4.1 数值模型建立38-39
• 3.4.2 既有隧道地下水初始情况39
• 3.4.3 既有隧道渗流计算（不考虑流固耦合）39-41
• 3.4.4 既有隧道渗流计算（考虑流固耦合）41-43
• 3.4.5 隧道孔隙水压力监测43-45
• 3.4.6 隧道涌水量数值解与理论解对比分析45-48
• 3.5 结论48-50
• 第四章 新建隧道对近接既有隧道渗流影响分析50-64
• 4.1 新建隧道与既有隧道简述50-52
• 4.1.1 新建隧道与既有隧道位置关系50-51
• 4.1.2 新隧道开挖对近接既有隧道影响范围划分51-52
• 4.2 数值模拟分析52-61
• 4.2.1 数值模型建立52-53
• 4.2.2 新隧道开挖后（不考虑流固耦合）53-55
• 4.2.3 隧道开挖后（考虑流固耦合）55-57
• 4.2.4 隧道孔隙水压力监测57-58
• 4.2.5 数值解与解析对比分析58-60
• 4.2.6 干扰涌水系数确定60-61
• 4.3 新隧道开挖对近接既有隧道影响分析61-63
• 4.3.1 新隧道开挖对既有隧道的影响因素61
• 4.3.2 新隧道开挖对既有隧道的影响分析61-62
• 4.3.3 新隧道开挖对既有隧道涌水量影响分析62-63
• 4.4 结论63-64
• 第五章 既有隧道加固措施及数值分析64-72
• 5.1 采取工程措施64-66
• 5.1.1 地下水防排水原则64-65
• 5.1.2 隧道防排水措施65-66
• 5.2 加固数值模拟分析66-71
• 5.2.1 数值模型建立66-67
• 5.2.2 隧道加固一圈渗流分析67-68
• 5.2.3 隧道加固上半圈后渗流分析68-69
• 5.2.4 隧道加固前后渗流分析69
• 5.2.5 中梁山隧道加固措施69-71
• 5.3 结论71-72
• 第六章 结论与展望72-74
• 6.1 结论72-73
• 6.2 展望73-74
• 致谢74-75
• 参考文献75-77
• 攻读学位期间取得的研究成果77

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本文编号：840217