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大断面临海隧道结构防排水技术研究
| 论文题名： | 大断面临海隧道结构防排水技术研究 |
| 关键词： | 临海隧道;防排水技术;渗流场;防水性能;数值计算 |
| 摘要： | 在临海隧道修建过程中，隧道防排水是制约隧道修建和运营安全的关键因素，由于临海隧道有其自身的特点和难点，隧道防排水技术越来越引起工程界的关注。本文以拱北隧道工程为背景，基于理论分析和大量室内试验，详细研究临海隧道防排水理论和技术，取得的主要研究成果如下: (1)基于地下水水力学理论和复变函数方法，建立了临海隧道渗流场分析的解析模型，推导了均质围岩中临海隧道水压力分布和涌水量的解析公式。以拱北隧道暗挖段为工程背景，对临海隧道渗流场进行了分析。结果表明:注浆圈和初期支护的厚度和渗透系数对隧道周围水压力和渗流量、结构安全性影响较大。 (2)基于模型试验相似理论，推导了相似准则，以拱北隧道为工程背景，进行了水土压共同作用下的隧道模型试验。表明:全封堵情况下，衬砌须承受全部静水压力，不能折减;在限制排放的情况下，排水系统对隧道周围水压力分布和大小影响很大，隧道周围水压力和隧道控制排水量成反比例线性关系，距离排水口越近，水压力折减效果越明显。随着外水头的增大，变形缝应变呈线性增加，变形缝设置成排水后，能有效减小所受水压力。 (3)分析了临海隧道衬砌混凝土自防水性能的影响因素，基于系统化的混凝土配合设计方法。开展了不同水胶比和掺和料掺量的混凝土自防水性能优化设计试验，研究结果表明，在基准配合比基础上单掺质量分数20％的粉煤灰、复掺质量分数20％的粉煤灰和10％的矿渣能够满足工程质量要求，相对较优。然后，通过混凝土在临海侵蚀环境下的自防水性能试验，结果表明，复掺质量分数20％的粉煤灰和10％的矿渣混凝土的自防水性能最好。研究所得结果可为拱北隧道衬砌结构混凝土配合比提供参考。 (4)运用理论分析和室内试验方法对临海隧道细部防水构造进行了优化，研制了新型背贴式可排水止水带和中埋式可排水止水带结构，为有效提高止水带的耐化学腐蚀性能，可在止水带三元乙丙材料中添加质量分数5％的石墨。由止水带耐水压试验发现，新型背贴式止水带和中埋式止水带耐水压极限值分别为1.2MPa和1.8MPa，满足临海隧道工程需要。依据研究成果，对拱北隧道变形缝防水结构进行了优化，通过在边墙采用背贴式可排水止水带和底板设置中埋式可排水止水带，对边墙和底板的渗漏水进行有效排导。 (5)临海隧道变形缝是防水的薄弱环节，运用理论分析和数值计算方法对拱北隧道明挖段变形缝间距进行了优化，研究结果表明，明挖段变形缝的设置间距应调整为100m，优化后变形缝为70个，减少42个，占比37.5％。 |
| 作者： | 刘强 |
| 专业： | 桥梁与隧道工程 |
| 导师： | 谭忠盛 |
| 授予学位： | 博士 |
| 授予学位单位： | 北京交通大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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