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原文传递岩溶隧道堵水限排衬砌外水压力及结构设计研究

论文题名：	岩溶隧道堵水限排衬砌外水压力及结构设计研究
关键词：	岩溶隧道;堵水限排;衬砌水压;注浆圈作用
摘要：	本文提出高水位岩溶地区的隧道应该采取“以堵为主，限量排放”即“堵水限排”的原则，并结合渝怀线圆梁山隧道和万宜线八字岭隧道研究了岩溶隧道堵水限排衬砌外水压力计算及衬砌结构设计问题，主要研究工作如下： (1)利用解析方法系统研究了渗流、应力联合作用下围岩处于弹塑性状态时各点应力、位移分布规律，并利用松弛区的概念推导了渗流、应力联合作用下最小围岩压力。 (2)基于推导的渗流应力联合作用下围岩应力、位移以及最小围岩压力的公式编制程序，详细分析了不同排放量下围岩应力变化规律、围岩特性曲线以及围岩和支护结构相互作用规律。研究表明不同排水量下围岩特性曲线不同，支护阻力也不同，不同排水条件下围岩有效切向应力和有效径向应力的变化很明显，排水对围岩应力以及支护体系受力的影响是不容忽视的。 (3)利用PLAXIS软件进行渗流应力联合作用下衬砌结构受力分析，通过解析解、数值解以及与传统设计方法的对比，得出一重要结论即在传统的隧道支护体系设计中，在全排时全然不考虑水的影响，而按无水围岩来进行设计是不安全的，而全堵时考虑全水头作用是足够安全也是完全必要的。 (4)针对高水位岩溶隧道的特点提出了“堵水限排”设计时隧道支护体系的组成，并建立模型推导了高水位岩溶隧道衬砌水压及排水量的计算公式。在此基础上研究了衬砌水压与排水量的关系以及注浆圈对于削减衬砌水压的作用，并为圆梁山隧道提供了合理的注浆加固范围。 (5)通过精心设计的室内试验并与解析计算、现场量测相对比系统研究了“堵水限排”下衬砌水压分布规律，得出重要结论即采用完全封堵措施不能发挥注浆加固圈对渗透水压的衰减作用，只有在考虑衬砌的排水性能即采取排水措施时才能发挥注浆加固圈对渗透水压的衰减作用，且对地层注浆有助于减小地下水排放的流量。但是不能通过盲目增加注浆圈厚度来达到降低衬砌水压的最佳效果，设计中要选择合适的注浆圈厚度，以达到堵水效果好，且经济合理的目的。 (6)结合万宜铁路八字岭隧道研究了该隧道在高地应力以及高压富水条件下最合理的结构形式，并运用渗流力学和数值模拟相结合的方法对支护结构体系进行了分析研究，指出高水位岩溶隧道断面优化应在综合考虑初始地应力场的作用、开挖后围岩的力学性态、衬砌受力状况以及经济性的基础上进行，同时支护体系设计一定要考虑注浆圈的作用。本文的研究阐明了渗流应力联合作用下围岩与衬砌的相互作用机理，指出了传统结构设计在全排时完全不考虑水的作用是不安全的。同时，提出了高水位岩溶隧道合理的支护体系构成和堵水限排时衬砌水压的计算方法，为高水位岩溶隧道的结构设计提供了理论基础。
作者：	王秀英
专业：	桥梁与隧道工程
导师：	王梦恕;张弥
授予学位：	博士
授予学位单位：	北京交通大学
学位年度：	2005
正文语种：	中文