隧道复合式衬砌排水垫层的排水泄压能力研究

摘要

随着越来越多运营隧道暴露出渗水、涌水问题，隧道排水体系的排水能力越来越受到专家学者们的关注。在设计阶段对排水系统排水能力的确定主要依靠经验类方法。排水体系中占比最大的是排水垫层，目前在复合式衬砌中排水垫层使用的材料主要是土工布，本文通过试验研究了土工布的排水泄压性能，主要研究成果如下： （1）通过微观结构试验观测了短纤针刺土工布横截面的纤维结构分布情况，对其横截面孔隙率的理论计算值进行了修正。建立了横截面的微观结构模型，并进行了流体力学计算。 （2）根据点源进水条件，研制了新型测试设备，通过渗流试验测试排水垫层的水平排水性能，提出了以流量系数作为一个衡量排水性能的参数。排水网垫的流量系数要远大于土工布。500 g/m2土工布的流量系数明显小于300 g/m2、400 g/m2土工布。 （3）结合流体力学公式推导出了新型测试方法的渗透系数，渗透系数受侧向压力影响较大，在侧向压力较小时，500 g/m2土工布的渗透系数明显小于300 g/m2、400 g/m2，在侧向压力较大时，渗透系数差距较小，且500 g/m2土工布的渗透系数大于400 g/m2土工布。发现了土工布排水性能存在各向异性现象。 （4）通过数值模拟，采用FLAC3D进行流固耦合计算，对采用不同排水垫层材料条件下，二衬承受的水压力进行了比较。比较发现，在高水头深埋隧道中，400 g/m2土工布对水压的折减效果明显小于其他试样。 故在隧道排水系统设计过程中，对排水垫层的选择应充分考虑使用环境，以多个指标进行合理选取。

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