巖溶隧道堵水限排襯砌外水壓力及結構設計研究.pdf

1、本文提出高水位巖溶地區(qū)的隧道應該采取“以堵為主，限量排放”即“堵水限排”的原則，并結合渝懷線圓梁山隧道和萬宜線八字嶺隧道研究了巖溶隧道堵水限排襯砌外水壓力計算及襯砌結構設計問題，主要研究工作如下： (1)利用解析方法系統(tǒng)研究了滲流、應力聯(lián)合作用下圍巖處于彈塑性狀態(tài)時各點應力、位移分布規(guī)律，并利用松弛區(qū)的概念推導了滲流、應力聯(lián)合作用下最小圍巖壓力。 (2)基于推導的滲流應力聯(lián)合作用下圍巖應力、位移以及最小圍巖壓力的公式編制

2、程序，詳細分析了不同排放量下圍巖應力變化規(guī)律、圍巖特性曲線以及圍巖和支護結構相互作用規(guī)律。研究表明不同排水量下圍巖特性曲線不同，支護阻力也不同，不同排水條件下圍巖有效切向應力和有效徑向應力的變化很明顯，排水對圍巖應力以及支護體系受力的影響是不容忽視的。 (3)利用PLAXIS軟件進行滲流應力聯(lián)合作用下襯砌結構受力分析，通過解析解、數(shù)值解以及與傳統(tǒng)設計方法的對比，得出一重要結論即在傳統(tǒng)的隧道支護體系設計中，在全排時全然不考慮水的影

3、響，而按無水圍巖來進行設計是不安全的，而全堵時考慮全水頭作用是足夠安全也是完全必要的。 (4)針對高水位巖溶隧道的特點提出了“堵水限排”設計時隧道支護體系的組成，并建立模型推導了高水位巖溶隧道襯砌水壓及排水量的計算公式。在此基礎上研究了襯砌水壓與排水量的關系以及注漿圈對于削減襯砌水壓的作用，并為圓梁山隧道提供了合理的注漿加固范圍。 (5)通過精心設計的室內(nèi)試驗并與解析計算、現(xiàn)場量測相對比系統(tǒng)研究了“堵水限排”下襯砌水壓分

4、布規(guī)律，得出重要結論即采用完全封堵措施不能發(fā)揮注漿加固圈對滲透水壓的衰減作用，只有在考慮襯砌的排水性能即采取排水措施時才能發(fā)揮注漿加固圈對滲透水壓的衰減作用，且對地層注漿有助于減小地下水排放的流量。但是不能通過盲目增加注漿圈厚度來達到降低襯砌水壓的最佳效果，設計中要選擇合適的注漿圈厚度，以達到堵水效果好，且經(jīng)濟合理的目的。 (6)結合萬宜鐵路八字嶺隧道研究了該隧道在高地應力以及高壓富水條件下最合理的結構形式，并運用滲流力學和數(shù)值

5、模擬相結合的方法對支護結構體系進行了分析研究，指出高水位巖溶隧道斷面優(yōu)化應在綜合考慮初始地應力場的作用、開挖后圍巖的力學性態(tài)、襯砌受力狀況以及經(jīng)濟性的基礎上進行，同時支護體系設計一定要考慮注漿圈的作用。 本文的研究闡明了滲流應力聯(lián)合作用下圍巖與襯砌的相互作用機理，指出了傳統(tǒng)結構設計在全排時完全不考慮水的作用是不安全的。同時，提出了高水位巖溶隧道合理的支護體系構成和堵水限排時襯砌水壓的計算方法，為高水位巖溶隧道的結構設計提供了理論