成渝公路中梁山隧道外水压对衬砌结构的影响研究

摘要

水压力问题从始至终伴随着隧道工程，在错综复杂的地形地质中，地下水对整个隧道工程的安全影响不可轻视。随着迅速发展的交通行业，在隧道的修建进程中难免也会遇到穿越山岭的隧道，由于受到工程地区地形地貌条件多样性的影响，当修建的路线需要贯穿山岭时，必然会建设大量的贯穿山岭的隧道，修建在高水压富水区的山岭隧道也是很常见的，然而修建隧道的过程中对地下水的处理一直以来都是国内外考察的重点和难点。早期修建隧道防排水常用的方式是以“全封堵”或“全排放”的方式，但对于可持续发展来说是不利的，也不符合环境保护原则;更加科学合理的“以堵为主，限量排放”的设计原则，通过对地下水渗入隧道的量以及对隧道排放量的控制，达到既能保证隧道结构的安全又能不破坏隧道工程区域的环境以及居民的生活与生产，同时也可降低投资，降低工期不可控的风险。
　　本研究主要内容包括：⑴阐述了国内外对隧道外水压力的研究以及处理地下水的方法，讨论地下水对隧道结构的影响，结合理论确定隧道涌水量的预测方法。⑵通过对地下水渗流理论公式的推导，采用解析方法，得出隧道外水压力与衬砌结构的相互关系，运用推导出来的结果，分析了衬砌、注浆圈厚度及其渗透性、不同围岩等级下的注浆水平与衬砌外水压力折减系数之间的关系。结果表明:随着衬砌厚度的增加以及注浆圈渗透系数的增大衬砌受到的水压力相应的增大，相反的当注浆圈厚度增大或者衬砌渗透系数增大的时候衬砌受到的水压力会呈现减小的趋势。⑶运用ABAQUS有限元软件，建立考虑水压力的数值计算模型进行因素分析，与理论数值解进行对比，分析在不同注浆水平以及注浆厚度的条件下衬砌的受力以及隧道拱顶突水对衬砌结构的影响。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及研究意义

1．2 国内外的研究现状

1．2．1 衬砌水压力的研究现状

1．2．2 关于外水压力的计算方法研究

1．2．3 关于地下水渗流研究

1．2．4 隧道控制排放水技术

1．3 中梁山隧道工程概况

1．3．1 工程地理环境

1．3．2 水文水质

第二章 地下水以及地下水与隧道相互关系的讨论

2．1 地下水对隧道的影响

2．1．1 对隧道围岩稳定性的影响

2．1．2 对隧道衬砌结构的影响

2．1．3 对隧道运营的影响

2．2 隧道防排水形式的讨论

2．3 隧道涌水量的确定

2．3．1 涌水处理方式以及影响因素

2．3．2 隧道涌水量预测

2．4 隧道排水量的确定研究

2．4．1 植被与地下水的关系

2．4．2 排水量的确定方法

第三章 水荷载对隧道围岩以及衬砌稳定性的影响机理分析

3．1 地下水渗流场基本理论

3．1．1 隧道外水压力计算公式推导

3．2 影响水压力折减系数的因素

3．2．1 水头高度对水压力折减系数的影响

3．2．2 衬砌厚度对水压力对折减系数的影响

3．2．3 衬砌渗透系数对折减系数的影响

3．3 影响衬砌排水量以及衬砌外水压力的因素

3．3．1 注浆圈厚度对隧道排水量的影响分析

3．3．2 注浆厚度对隧道衬砌外水压力的影响分析

3．3．3 不同围岩下注浆渗透系数与衬砌水压力折减系数的关系

3．4 本章小结

第四章 外水压力对衬砌结构影响的数值分析

4．1 有限元软件介绍

4．1．1 ABAQUS模块以及分析步骤

4．1．2 ABAQUS模拟渗流分析要点

4．1．3 模型尺寸以及参数选取

4．2 隧道尺寸对隧道衬砌结构受力的影响

4．2．2 不同注浆圈厚度条件下水压力变化规律以及砌结构受力分析

4．2．3 衬砌厚度对衬砌结构受力的影响

4．3 渗透系数对隧道结构受力的影响

4．3．2 衬砌渗透系数不同时衬砌应力以及位移分布规律

4．5 本章小结

第五章 衬砌结构力学特性研究

5．1．2 计算结果分析

5．2 突水对隧道衬砌的影响分析

5．2．1 突水对衬砌结构受力影响数值模拟

5．2．2 计算结果分析

5．3 本章小结

6．1 结论

6．2 展望

致谢

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果