防水型隧道結(jié)構(gòu)計(jì)算模式與設(shè)計(jì)方法研究.pdf

1、隨著我國(guó)高速鐵路事業(yè)的快速發(fā)展，為使車站盡量靠近城市，出現(xiàn)了較多下穿城市的大斷面鐵路隧道，特別是城市附近有河流、湖泊時(shí)，需要修建下穿的水下隧道。如果在隧道施工和運(yùn)營(yíng)中，任憑地下水的流失和排放，必將造成城市地面的沉陷、甚至建（構(gòu)）筑物的傾斜破壞等，也將對(duì)整個(gè)城市的生態(tài)環(huán)境造成重大影響，因此需要修建防水型隧道以減少或避免對(duì)城市環(huán)境的破壞。對(duì)于防水型隧道，盡管國(guó)內(nèi)外有一些相關(guān)研究，但僅限于個(gè)案，且目前行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)防水型隧道幾乎沒有相應(yīng)的規(guī)定和

2、要求?；谝陨媳尘埃菊撐膶?duì)防水型隧道的結(jié)構(gòu)計(jì)算模式與設(shè)計(jì)方法展開較為深入細(xì)致的研究。
　　本論文從研究防水型隧道荷載作用模式入手，以理論分析、數(shù)值模擬計(jì)算以及現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試為研究手段，對(duì)防水型隧道的結(jié)構(gòu)承載機(jī)理、水土壓力作用模式、地層抗力特征以及結(jié)構(gòu)計(jì)算模式進(jìn)行分析與研究，并通過試驗(yàn)研究了防水材料的性能指標(biāo)、施工工藝等，最終形成一套具有理論支撐的基于淺埋礦山法的防水型隧道設(shè)計(jì)方法。主要結(jié)論和成果如下:
　　一、提出了基于淺埋礦山

3、法防水型隧道的二次襯砌荷載作用模式。對(duì)于石質(zhì)隧道，二次襯砌承受的垂直圍巖壓力按現(xiàn)行《鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》計(jì)算，Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖地段應(yīng)考慮仰拱基底反力的主動(dòng)力作用，水平側(cè)壓力系數(shù)建議經(jīng)實(shí)測(cè)得到或取經(jīng)驗(yàn)值1.0～1.5，外水壓力按全水頭徑向作用在二次襯砌結(jié)構(gòu)上考慮;對(duì)于土質(zhì)隧道，二次襯砌承受的垂直土壓力同樣按現(xiàn)行《鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》計(jì)算，并考慮仰拱基底反力的主動(dòng)力作用，水平側(cè)壓力根據(jù)土層的性質(zhì)分別采用水土分算或者水土合算原則，外水壓力根據(jù)地層條件

4、按靜水壓力或水土合算考慮。
　　二、提出了防水型隧道的結(jié)構(gòu)計(jì)算模式。通過對(duì)防水型隧道三種計(jì)算模式的比較分析，得出防水型隧道的合理計(jì)算模式，即分別采用全周彈簧模型、全周彈簧+仰拱基底反力模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算分析，獲取最終的內(nèi)力包絡(luò)圖，按照最不利工況進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
　　三、提出了防水型隧道水壓力的作用規(guī)律，得出了防水型隧道的合理設(shè)計(jì)方法。基于防水型隧道的結(jié)構(gòu)計(jì)算模式，通過數(shù)值計(jì)算及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，研究了地下水位變化對(duì)二次襯砌結(jié)構(gòu)內(nèi)力的

5、影響，說明了水位高低對(duì)隧道不同部位影響差異較大，應(yīng)采用施工和運(yùn)營(yíng)期間可能出現(xiàn)的最高水位和最低水位分別對(duì)隧道進(jìn)行計(jì)算，提出了防水型隧道襯砌結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法。
　　四、通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)手段，提出了用于防水型隧道的自粘型防水板的主要性能指標(biāo)并形成了防水型隧道的防水施工技術(shù);引入“皮膚式”防水理念，防水型隧道采用自粘型防水板全環(huán)鋪設(shè)，一道設(shè)防可以勝任較高防水要求。
　　本文提出的防水型隧道荷載作用模式、結(jié)構(gòu)計(jì)算模型、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法