地铁区间隧道穿越富水断层带防排水对策及支护结构研究

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1、国内图书分类号：U25密级：公开国际图书分类号：624西南交通大学研究生学位论文地铁区间隧道穿越富水断层带防排水对策及支护结构研究年级二〇一五级姓名王山霖申请学位级别工学硕士专业桥梁与隧道工程指导老师龚伦副教授二零一八年五月ClassifiedIndex:U25U.D.C:624SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisSTUDYONWATERPROOFTECHNIQUEANDSUPPORTINGSTRUCTUREOFMETROTUNNELPASSINGTHR

2、OUGHWATER-INRICHFAULTZONEGrade:2015Candidate:WangShanlinAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineerinSpeciality:BridgeandTunnelEngineeringSupervisor:AssociateProfessorGongLunMay.17,2018西南交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子

3、版，允许论文被查阅和借阅。本人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1．保密□，在年解密后适用本授权书；2．不保密□，使用本授权书。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导老师签名：日期：日期：西南交通大学硕士学位论文主要工作（贡献）声明本人在学位论文中所做的主要工作或贡献如下：（1）利用理论分析的方法，基于地下水渗流理论，对隧道穿越富水区排水量与注浆加固圈的关系进行理论推导，对注浆加固圈参数进行定量

4、分析，得出理论分析下的隧道注浆加固圈渗透系数的合理值。（2）采用FLAC3D流固耦合方法对隧道穿越富水断层带开挖及支护过程中洞周渗流场、应力场、位移场等变化进行分析，得出不同的注浆加固圈渗透系数及厚度对于初期支护受力的影响，并给出最优的注浆加固圈参数取值。（3）采用荷载结构法，对穿越富水断层带的抗水压衬砌进行安全性分析，得出隧道外水压逐步增加的过程中支护结构受力及安全系数的变化规律。（4）编制了富水隧道水压测试方案，并对于富水区隧道水压开展现场测试，得到富水区隧道施工中水压的变化分布规律，并对隧道衬砌受水压

5、作用的安全性进行评价。本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明。本人完全了解违反上述声明所引起的一切法律责任将由本人承担。学位论文作者签名：日期：西南交通大学硕士研究生学位论文第II页摘要随着我国地铁建设规模不断扩大，城市地铁将会面临各种复杂地质和地形情况，修建城市地铁不可避免地会穿越高压富水断层破碎带区域，而在对环保要求日益提高的当

6、下，地下水问题不可回避且需要非常重视，不仅是对防排水要求日益严苛，而且地下水对施工的影响也将是地铁建设中的关键性问题。鉴于此，本论文在总结现有国内外隧道防排水研究的基础上，以中铁第一勘察设计院集团有限公司科技研究开发计划重点课题“城市轨道交通工程长大穿山区间关键技术研究”为依托，采用理论分析、数值模拟、现场实验相结合的方法研究隧道开挖过程中的防排水及支护问题，主要包括隧道开挖注浆加固过程中渗透系数、涌水量、外水压力三者间的关系分析；注浆加固对于隧道衬砌外水压力分布规律和初期支护结构内力的影响分析；二次衬砌施

7、作完成后随外水压升高的内力变化分析等相关问题。主要研究成果如下：（1）在经典渗流理论的基础上，基于轴对称理论建立隧道涌水模型，推导出在等效连续介质中隧道施加注浆加固圈条件下的涌水量计算公式、衬砌外水压力计算公式、地下水渗流方程。（2）采用流固耦合状态下的数值模拟方法，研究不同注浆加固圈厚度、渗透系数对于渗流场及初期支护的受力影响，得出随加固圈厚度的增加渗流场变化范围减小，初期支护受力减小，但厚度超过3m时这种影响效果减弱；随渗透系数降低，加固圈外侧水压力增加，加固圈内侧水压力值变化较小，但渗透系数比n>30

8、时依靠不断降低渗透系数来降低支护结构上的水压力并不经济，最优加固圈厚度为3m，最优渗透系数比为30。（3）采用荷载结构法，研究二次衬砌施作完成后水位不断升高至全水头过程中二次衬砌内力和安全系数变化情况，得出随水位升高衬砌安全系数先增加后降低，水位升高至拱顶前，水位的增加可以提高衬砌安全系数，而水位超过拱顶后随水位升高衬砌安全系数降低，衬砌可接受容许外水压力为2.0MPa。（4）通过现场水压测试，得出随水压逐渐回升