排水管堵塞引起的高铁隧道结构变形与渗流场特征模拟试验研究

摘要

基于3D打印技术构建了高铁隧道结构及排水系统设施精细模型,提出了切实可行的隧道堵管模拟方法及模拟装置,依托典型病害案例开展了堵管病害相似模型模拟试验,探讨了在不同堵管条件、不同地层水头下隧道渗流场(隧道排水量、结构外水压力)及结构位移量的变化规律特征。研究结果表明:随堵塞程度加深,隧道排水量呈现先慢后快型下降趋势,具体为排水管堵塞率为50%前隧道排水量下降幅度较小,而堵塞率达50%后隧道排水量骤减直至不排水;底部结构隆起位移存在"隧底>内轨>外轨"的量值关系,且随堵塞程度加深隆起位移呈现先慢后快型增长趋势;受排水减少影响,堵管后结构外水压力逐步由"隧底最大,拱顶、拱腰次之,墙脚最小"的扇贝型分布转为"静水压"型分布;至全堵条件下地层水头40 m时试验位移结果与现场病害特征吻合良好,验证了上述模拟方法的可行性与有效性。研究成果以期为富水隧道堵管防治及类似病害评价提供借鉴与指导作用。