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1.3 主要内容

依托工程连拱隧道群渗漏水病害,采用理论分析研究、现场模型试验和数值模拟等对连拱隧道渗漏水的机理及处治措施进行分析,主要的工作如下:

①对徽杭高速公路隧道群和金丽温高速公路隧道群进行现场调研,调查渗漏水的现象,对渗漏水进行分类,并对渗漏水发生的成因及特点进行分析。

②针对现场调查情况,进行机理性探讨:

a.利用改进的层次分析法对影响连拱隧道渗漏水的因素进行分析,计算出每个因素影响渗漏水的权重,然后进行排序,得出引发高速公路连拱隧道渗漏水病害的主要因素、次要因素等。

b.对连拱隧道的结构设计进行分析,探讨其结构形式存在的问题以及整体式中隔墙防排水结构设计存在的问题,分析其结构设计对连拱隧道渗漏水的影响。

c.采用大型有限元分析软件,研究连拱隧道在考虑渗流效应时施工对渗流场的影响,即对孔隙水压力、排水速度、水力梯度等进行分析,并对其力场规律进行探讨,用以指导防排水的设计与施工,给渗漏水病害的防治提供理论依据。

d.分析降雨对连拱隧道渗漏水的影响,推导在降雨引起地下水位升高的情况下,连拱隧道裂缝、施工缝、点渗漏及面渗漏的渗漏水量的计算表达式,研究其渗漏水量与地下水位、衬砌结构厚度、裂缝宽度、面渗半径之间的相互关系。

e.根据隧道围岩内部化学反应情况,首先建立物理化学数学规划模型,即将连拱隧道围岩内部化学反应作为一个目标函数,然后以平衡原理、质量守恒定律、电荷守恒定律等为约束,利用单纯性Monte Carlo法求解,最后根据解的情况分析连拱隧道围岩内部侵蚀程度。通过分析结果为防排水设计提供理论依据,对连拱隧道的施工和渗漏水治理具有指导性作用。

f.分析并总结连拱隧道冻胀现象,构建连拱隧道背后缺陷,即空洞、超欠挖而未处理、衬砌与围岩密切性差等,探讨冻胀力的大小与连拱隧道围岩体和衬砌结构刚度之间的关系,以及冻胀对连拱隧道渗漏水的影响机理。

g.对连拱隧道隐块体变形、位移等进行研究,通过力学推导及检测手段等探讨隐块体对连拱隧道渗漏水的影响机理。

③利用Midas/ GTS软件对整体式连拱隧道营运阶段三维渗流数值模拟,连拱隧道防排水体系正常情况下的3种工况,即40 m、50 m、60 m水头,排水管排水、连拱隧道拱顶和拱腰处渗漏、连拱隧道左右洞施工缝渗漏,在不同工况下的不同组合的渗流分析。

④利用雷达对渗漏水裂缝进行探测的模型试验,对裂隙中不同填充物的特性进行分析,探讨不同填充物的介电常数、介质传播波速的特性,再利用现场探测、MATLAB编程、小波分析对数据进行三维模拟,为连拱隧道渗漏水防治与防排水设计和注浆提供一定的依据。

⑤通过连拱隧道渗漏水病害机理的探讨,提出由设计因素、施工因素、降雨因素、冻胀因素、隐块体因素等引起的连拱隧道渗漏水治理措施,并对营运治理措施提出具体的施工工艺,使治理措施取得良好的效果,保证其长期安全地营运。 caunHYwHM4RIpJgUkWo1m1RagaCeCRYYKVgwoWYHuskxHP3SL+DuG39j8EsHVrnF

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