软弱围岩水下隧道渗流场分布规律及衬砌水压力特征研究

• 作 者: 吴剑秋
• 出 处: 北京交通大学
• 发表日期: 2013年01期
• 关键词: 水下隧道 模型试验 数值分析 渗流场 注浆圈

本文以我国大陆地区第一条以钻爆法修建的海底隧道——厦门翔安海底隧道为工程背景,以数值模拟分析和模型试验为研究方法,对围岩渗流场和隧道注浆圈、衬砌背后水荷载的分布规律进行了研究,主要研究成果如下：(1)利用数值计算研究了初期支护的厚度、渗透性,注浆加固的范围、渗透性,不同开挖方法等因素对软弱围岩水下隧道渗流场的影响,得出软弱围岩水下隧道渗流场分布规律。(2)利用隧道及地下工程试验中心研发的水土共同作用模型试验台架系统、进行水下隧道渗流场水压分布规律模型试验,得出了隧道在全封堵方式、限排方式、变水头过程中注浆圈和衬砌背后的水压力分布规律。相同排水量条件下,注浆圈外侧及衬砌背后各点水压力在仰拱及两侧排水口处较小,边墙及拱顶处水压力较大。注浆圈外测点,各测点水压力随着排水量的增加而减小,水压与流量基本呈线性关系。(3)隧道以上从土体表面到隧道拱顶,水压基本上呈静水压分布。在注浆圈内水压力开始快速减小,说明注浆圈对水压有折减效果显著；在隧道底部至注浆圈外侧,水压力呈线性增大。注浆圈外侧,水压力基本呈现静水压力分布。注浆圈以内,随着深度的增加,水压力增加的更快。(4)为了研究不同注浆参数对水下隧道渗流场的影响规律,又进行了改变注浆圈厚度的模型试验和改变注浆圈渗透系数的模型试验。在相同排水量下,注浆圈厚度越大,排水量越小；注浆圈厚度越大,相应的自由排水量减小；相同排水量下,注浆圈渗透系数越小,衬砌背及注浆圈背后的水压力越大。尤其是在限排方式下,不同渗透性情况下,衬砌背后及注浆圈背后同一点水压力相差较大；注浆圈渗透性越小,自由排水量相应减小。