整体式连拱隧道渗漏水机理与防排水措施研究

论文摘要

连拱隧道由于其在选线、征地等方面的独特优势,在山岭隧道和城市隧道中得到越来越广泛的应用。但连拱隧道和其它类型隧道一样普遍存在渗漏水现象,整体式连拱隧道尤甚。隧道渗漏水会对隧道结构安全和运营环境造成极为不良地影响,探明整体式连拱隧道渗漏水机理,提出隧道施工与防排水关键技术措施,减少今后新建整体式连拱隧道的渗漏水问题。通过现场渗漏水现场调查与数值模拟分析,取得如下主要成果:①通过对杭徽高速公路隧道渗漏水状况进行实地调查分析,发现发生渗漏水部位主要集中在洞口端的三缝和中隔墙处,以线状和面状渗漏水为主;利用层次分析法对渗漏水较严重的昱岭关隧道渗漏水进行分析,得知整体式连拱隧道中隔墙防排水设计缺陷是隧道发生渗漏水的最主要原因。②利用Midas/GTS软件对昱岭关隧道施工阶段进行三维数值模拟,结果表明地下水位越高,隧道开挖引起的拱顶位移、周边围岩应力以及地表沉降越大,造成渗流场影响范围也越广,地下水对隧道开挖造成不利影响;另建立二维隧道施工模型,得出围岩加固圈的抗渗性能提高到一定程度即可显著减少渗水。③在不同地下水位和围岩加固与否的不同工况下,整体式连拱隧道运营阶段三维渗流数值模拟的结果表明:发生中隔墙纵向施工缝和环向施工缝不同渗漏水组合时,地下水位越高施工缝处渗漏水越严重,对周边围岩加固可以大大减少渗漏水;若同时发生渗漏水的施工缝越多,引起的渗流场变化范围越大;环向施工缝发生渗漏水时,对渗流场影响更严重,且在山体内侧隧道边墙位置渗漏水最为严重。最后通过目前整体式连拱隧道渗漏水特点和机理,以及隧道渗漏水现场调查分析、数值模拟分析等多方面,总结了整体式连拱隧道渗漏水治理要点和整体式连拱隧道防排水设计、施工的关键技术措施;提出整体式连拱隧道应以“隧道结构以防为主、多道设防,中隔墙以堵为主、防排结合”为防排水原则。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 连拱隧道研究现状
• 1.2.2 国内外隧道及地下工程防水等级规定
• 1.2.3 国内外隧道渗漏水机理及防排水研究现状
• 1.2.4 国内外岩体渗流模型与渗流-应力耦合研究现状
• 1.3 研究目的和意义
• 1.3.1 研究目的
• 1.3.2 研究意义
• 1.4 本文的主要内容和技术路线
• 1.4.1 主要研究内容
• 1.4.2 技术路线
• 2 杭徽高速公路隧道渗漏水现场调查分析
• 2.1 隧道工程中的地下水
• 2.1.1 隧道周边环境的地下水
• 2.1.2 岩土体的水力学性质
• 2.1.3 渗流基本理论
• 2.1.4 地下水对隧道工程的不良影响
• 2.2 杭徽高速公路隧道渗漏水现场调查分析
• 2.2.1 杭徽高速公路简介
• 2.2.2 杭徽高速公路隧道渗漏水调查统计
• 2.2.3 杭徽高速公路隧道渗漏水调查分析总结
• 2.2.4 杭徽高速公路隧道渗漏水相关治理方案
• 2.3 基于层次分析法的昱岭关隧道渗漏水影响因素分析
• 2.3.1 昱岭关隧道渗漏水影响因素分析
• 2.3.2 利用层次分析法分析昱岭关隧道渗漏水的主要影响因素
• 2.4 本章小结
• 3 昱岭关隧道施工阶段模拟分析
• 3.1 工程概况
• 3.1.1 工程水文地质概况
• 3.1.2 隧道结构布置
• 3.1.3 施工方案
• 3.2 昱岭关隧道三维模型的建立
• 3.2.1 模型的建立
• 3.2.2 边界条件和模型参数的选取
• 3.2.3 Midas/GTS 中渗流-应力耦合分析
• 3.2.4 施工步骤设计
• 3.3 昱岭关隧道施工过程三维模拟
• 3.3.1 不同工况下位移分析
• 3.3.2 不同工况下围岩应力场分析
• 3.3.3 不同工况下地表沉降分析
• 3.4 昱岭关隧道施工阶段渗流场分析
• 3.4.1 不同水头边界作用下隧道开挖引起的三维渗流场分析
• 3.4.2 隧道开挖二维渗流模型建立
• 3.4.3 加固圈不同抗渗性能下隧道开挖引起的二维渗流场分析
• 3.5 本章小结
• 4 昱岭关隧道运营阶段渗漏水三维模拟
• 4.1 模型的建立
• 4.1.1 隧道渗漏水三维模型的建立
• 4.1.2 隧道渗漏水部位
• 4.1.3 边界条件及岩体参数
• 4.2 不同工况下不同施工缝渗漏水组合的总水头分布
• 4.2.1 不同环向施工缝渗漏水组合下的总水头分布
• 4.2.2 不同中隔墙纵向施工缝渗漏水组合下的总水头分布
• 4.2.3 环向施工缝与中隔墙纵向缝同时渗漏水组合下的总水头分布
• 4.2.4 不同工况和不同施工缝渗漏水组合下的总水头总体分析
• 4.3 不同工况下不同施工缝渗漏水组合的孔隙压力分布
• 4.3.1 不同环向施工缝渗漏水组合下的孔隙压力分布
• 4.3.2 不同中隔墙纵向施工缝渗漏水组合的孔隙压力分布
• 4.3.3 环向施工缝与中隔墙纵向缝同时渗漏水组合下的孔隙压力分布
• 4.3.4 不同工况河不同施工缝渗漏水组合下的孔隙压力总体分析
• 4.4 不同工况下不同施工缝渗漏水组合的渗流速度分布
• 4.4.1 不同环向施工缝渗漏水组合下的渗流速度分布
• 4.4.2 不同中隔墙纵向施工缝渗漏水组合下的渗流速度分布
• 4.4.3 环向施工缝与中隔墙纵向缝同时渗漏水组合下的渗流速度分布
• 4.4.4 不同工况和不同施工缝渗漏水组合下的渗流速度总体分析
• 4.5 本章小结
• 5 整体式连拱隧道渗漏水机理及防排水技术探讨
• 5.1 整体式连拱隧道渗漏水影响因素分析
• 5.1.1 各地整体式连拱隧道渗漏水统计
• 5.1.2 整体式连拱隧道渗漏水特点
• 5.1.3 整体式连拱隧道渗漏水机理
• 5.2 整体式连拱隧道渗漏水治理
• 5.2.1 整体式连拱隧道渗漏水治理检测方法
• 5.2.2 整体式连拱隧道渗漏水治理原则
• 5.2.3 整体式连拱隧道渗漏水治理材料
• 5.2.4 整体式连拱隧道渗漏水治理方法
• 5.3 整体式连拱隧道防排水关键技术措施
• 5.3.1 洞口端及洞顶地表防排水措施
• 5.3.2 结构主体防排水措施
• 5.3.3 细部构造防排水措施
• 5.3.4 中隔墙防排水措施
• 5.3.5 变形与裂缝控制措施
• 5.4 本章小结
• 6 结论与建议
• 6.1 结论
• 6.2 对后续工作的建议
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A.作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录
• B.作者在攻读硕士学位期间参与的科研项目