2019隧道优化设计探讨

《2019隧道优化设计探讨》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、隧道优化设计探讨　　　　一、关于冻胀力　　土中的水可区分为结合水和自水两大类，结合水根据其所受分子引力的大小分为强结合水和弱结合水；自水则可分为重力水和毛细水。重力水在0℃时冻结，毛细水因受表面张力的作用其冰点稍低于0℃；结合水的冰点则随着其受到的引力的增加而降低，弱结合水的外层-℃时冻结，越靠近土粒表面其冰点越低，弱结合水要在-20~-30℃时才全部冻结，而强结合水在-78℃仍不冻结。　　当大气温度降至负温时，隧道衬砌温度随之降低，零度温度线逐渐向围岩方向推移，越过防水板后，喷射混凝土开始冻结，其孔隙中的自水先冻结成冰晶体，随着温度的继续下降，弱结合水的最外层也开始冻结，使冰晶体逐渐

2、扩大。这样使冰晶体周围的混凝土颗粒的结合水膜减薄，混凝土及围岩颗粒就产生了剩余的分子引力。另外，于结合水膜的减薄，使得水膜中的离子浓度增加，这样，就产生了渗附压力。在这两种引力作用下，附近未冻结区水膜较厚处的结合水，被吸引到冻结区的水膜较薄处。一旦水分被吸引到冻结区后，因为负温作用，水即冻结，使冰晶体增大，而不平衡引力继续存在。若未冻结区存在着水源，及适当的水源补给通道，就能够源源不断地补充被吸收的结合水，则未冻结的水分就会不断地向冻结区迁移积聚，使冰晶体扩大，在喷射混凝土及围岩中的某个部位中形成冰夹层，使使其体积发生隆胀，即冻胀现象。这种冰晶体的不断增大，一直要到水源的补给断绝后或温

3、度升高后才停止，因此，其冻胀力或许会很大。　　二、关于保温层　　保温层的保温原理是形成一系列不连通或连通性不好的气泡，气泡中空气的相互对流很小，所以热量的交换也就很小，以此来达到保温的目的。因此，要保证保温层的良好效果就必须保证其内气泡的数量与质量，例如，保温层被水浸泡或受压变薄等都会严重影响保温效果。　　对于环向排水管处的局部保温层，其宽度一般在1m左右，在其外包裹上一层防水板基本上可解决其浸水的问题，但是于初期支护属柔性支护，其强度较低，再加上厚度较小。　　因此，在围岩荷载长期压力下，初期支护会慢慢地变形压迫防水板，因此防水板或许会因厚度的减小而使其保温性能降低。另外，如果围岩中水

4、较多，压力较大且初支防水性不是很好，在长期情况下，如环向排水管堵塞，则条状保温层将承受较大的水压，其厚度会减小，如果其外的防水板密封效果不是很好，则可能受压破损，随后若压力减小可能会被水浸入，则进一步影响保温层的保温性能。此问题的解决方法应从五个方面入手，一是采用强度比较高的保温层材料，如此它受压后的厚度损失会减小，保温性能的折减也将减小；二是将长期情况下保温层厚度的损失考虑进去，在设计时适当增加保温层厚度；三是依靠其他强度比较高的材料来抵抗来自初支的压力，比如在保温层靠近围岩侧设置一些沿隧道轴向的钢构件；四是要严格控制保温层外防水板的焊接质量，使其密封结实，且使里面的空气量适中，不能

5、太少造成干瘪，也不能太多造成鼓胀；五是要确保排水系统的畅通。　　对于在初期支护与二衬间全面设置保温层，本人觉得很不妥，一方面保温层在长期情况下会被水浸透而严重影响保温效果，另一方面保温层会被来自围岩的压力压薄而使其保温效果大打折扣。　　三、关于隧道衬砌所受的水压的确定　　如果水源水位较高且水量充足，有人说水压会很大，有人说不大，有人说这个与水的流速有关，但我不这样认为，或许他们都说的没错，但是可能把表面现象当成了本质现象了，对于隧道衬砌所承受的水压的大小，本人认为可根据下面的叙述来确定，示意图如图1~图3。　　水压力的大小和供水能力与排水能力的比值及水的流速与流向有关，不妨假设　　P(

6、1式中：P—衬砌所承受的水的压力；　　QpQg)hP冲击　　Qp、Qg—分别为相当于将流经隧道的水的通道从衬砌处分为彻底独立的两段后，在供水充足的情况下，这两段在在单位时间内的过水量，此值只是一个理论值，在实际中几乎不能得到准确值，但可根据经验及现场情况近似确定，当Qp大于Qg时，其比值取1，因为衬砌周围缝隙较多，存在负压的可能性不大；　　γ—为水的重度；　　h—为衬砌处距水源的高程；　　P冲击—水流对衬砌的冲击力，P冲击m(V2V1)S，P冲击的值不好确定，但　　因其量值较小，所以可以省去不计。　　式中：m—单位时间从衬砌旁边流过的水的质量；　　V1、V2—分别为经过衬砌旁边的水流向

7、衬砌和远离衬砌时的速度，为　　矢量；　　S—与从衬砌旁边流过的水接触密切的衬砌的面积。　　当Qp相对于Qg很小几乎为零时，此种情况如图1所示，此时衬砌所承受的水压力比较大，Ph。　　图1Qp很小相对于Qg很小几乎为零时的情况　　当Qp比Qg小时，其情况如图2所示。　　图2Qp比Qg小时的情况　　当Qp比Qg大或者两者相差不大时，其情况如图3所示，此时衬砌所承受的压力很小，几乎为零。　　图3当Qp比Qg大或者两者相差不大时的情况　　四、关于LV构