高水壓鐵路隧道泄水式管片襯砌壁后水壓分布規(guī)律研究.pdf

1、當(dāng)前，隨著我國(guó)鐵路隧道工程的迅速發(fā)展，特別是由于越來(lái)越多隧道工程將穿越山嶺重丘地區(qū)，其中往往面臨著高水壓?jiǎn)栴}，這已成為許多鐵路隧道的關(guān)鍵問(wèn)題所在，在當(dāng)前顯得越來(lái)越突出。另外，隨著隧道掘進(jìn)機(jī)法的日益發(fā)展，為充分發(fā)揮其優(yōu)點(diǎn)，與之對(duì)應(yīng)的隧道結(jié)構(gòu)較多采用裝配式預(yù)制管片襯砌。綜合以上情況，筆者應(yīng)對(duì)高水壓隧道提出采用裝配式泄水式管片襯砌的理念，而目前針對(duì)泄水式管片襯砌結(jié)構(gòu)的泄水方案優(yōu)劣，壁后水壓分布規(guī)律以及泄流量大小等問(wèn)題缺乏理論研究及技術(shù)支撐。<

2、br>　　 泄水式管片襯砌是一種在常規(guī)管片襯砌基礎(chǔ)上改進(jìn)的結(jié)構(gòu)型式，其可用于TBM施工的高水壓隧道工程。以國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目--“高水壓鐵路隧道泄水式管片襯砌荷載及力學(xué)特性研究”為依托，以向莆鐵路某高水壓鐵路隧道為對(duì)象工程，采用計(jì)算機(jī)有限差分軟件數(shù)值模擬和室內(nèi)相似模型試驗(yàn)為研究手段，基于裂隙巖體連續(xù)介質(zhì)流固耦合分析模型，研究了不同泄水方案下襯砌壁后水壓力和圍巖水壓力分布形態(tài)，并進(jìn)行不同泄水方案下泄流量的對(duì)比。研究工作主要包括：

3、>　　 (1)對(duì)高水壓隧道泄水式管片襯砌水壓分布進(jìn)行了理論分析，并應(yīng)用于實(shí)際工程，運(yùn)用襯砌壁后孔隙水壓力理論分析注漿圈與隧道排水量之間的關(guān)系，隧道排水量與外水壓力之間的關(guān)系，注漿圈外水壓力與注漿圈半徑的關(guān)系；運(yùn)用襯砌外荷載理論分析圍巖滲透系數(shù)與最大可泄流量的關(guān)系，襯砌壁后接觸應(yīng)力與襯砌控制泄流量的關(guān)系等。
　　 (2)在分析國(guó)內(nèi)外滲流場(chǎng)與應(yīng)力場(chǎng)雙場(chǎng)耦合的理論基礎(chǔ)上，結(jié)合有限差分法計(jì)算原理，提出了適應(yīng)高水壓山嶺隧道特點(diǎn)的流固耦合

4、力學(xué)分析模型及其合理邊界條件。
　　 (3)基于流固耦合理論，對(duì)泄水式管片襯砌不同泄水方案下的管片襯砌圍巖內(nèi)滲流場(chǎng)與應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行雙場(chǎng)耦合數(shù)值分析，包括等泄水面積但不同泄水孔數(shù)量，不同泄水孔高度，設(shè)置錯(cuò)高度泄水孔以及不同水位線高度等多種工況，進(jìn)行滲流場(chǎng)分布規(guī)律分析及泄流量分析。
　　 (4)采用1:50的幾何相似比和1:1的容重相似比，制作泄水式管片襯砌模型試驗(yàn)箱，進(jìn)行室內(nèi)相似模型試驗(yàn)，研究泄水式管片襯砌在不同泄水方案下襯砌