外水荷载作用的铁路隧道衬砌结构设计探讨

一
荷不存在折算：
［ 关键词 】外水栽荷 ｆ １ ＿ Ｉ ｝ ］铁路隧道 衬砌结构 结构设计
（ ２ ） 外水载荷作用下的隧道 衬砌将 受到地 下水
水头 、排水流量、渗透参数 以及断面尺寸等 条件 的 综合影响。 三、 外水载荷作用的铁路隧道衬砌 结构试 验及设计
１ ． 模 型 设 计
荷 载 较 大 的 铁 路 隧道 衬 砌 采 用 钢 筋 混 凝 土 构 成 的 圆 形 或 椭 圆形衬砌。
公式中 ： 代 表隧道围岩 的综 合渗透参数 ：ｒ Ｉ
代 表 隧道 围岩 中注 浆 圈 内径 。 根 据 上 述 计 算 公 式 ，可 以准 确 得 到 外水 载 荷 的 实 际 作 用 特 点 ， 可 分为 两 方 面 内容 ： （ １ ）将 排 水流 量 控 制 在 ０时 ．即 Ｑ ＝ ０ ， 外 水 载
速度 ； 代表渗流 系数 ；，代表水力坡度 。
（ １ ）
及渗流量进行测算 ，然后得 出折 算系数，并画出关
系 曲线 。
公式 中 ： ｊ 代表隧道半径 ； 代 表 地 下 水 渗 流
比如 将 “ 堵 ”作 为 核 心 手段 ，』 ｆ 限 制 实 际排 放 量 等 ， 已经 得 到 了 较 为 广 泛 的 应 用 该 设计 理 念 的 核 心 内 容 为 ， 设 计 注 浆 圈 以起 到 堵 水 的 作 用 ，并 将 外 水 载 荷作 为 基 本 的 设 计‘ 参 考 对 象 然 而 ， 现 阶 段 隧 道 施 工 建 设 规 范 中 ， 几乎 不 仔 在 相 关 内 容 ， 无 理 论 依 据
道衬砌在外水载荷作 用下产生的规律进行研 究和总
结，主要分析条件为：
（ １ ）假 设 隧 道 中 围 岩 具 有 均 匀 的 渗 透 性 质 ．而
且地下水在渗透的过程中遵循达西定律： （ ２ ）隧道渗流断面可近似看作圆形； （ ３ ）隧道复合衬砌中 已铺 设防水结构，由于二
次 衬 砌 具 有 一 定 密 闭 性 ， 所 有 认 定水 流 是 在 盲 道 的 导 引 Ｆ流 向排 水 沟 ； （ ４ ）假 设 实 际 排 水 量 （ Ｑ ）是 从 隧 道 围 岩 四周 流 出 ， 整 个 渗 流 过 程 可 简 化 为 图 ２形 式 。
铁路作为 一 种最 为常 见、传 统的陆上交通运输 方式， 是人们 日常 生活 中不可获取的重要 出行方式 。 随着科技和交通建设事业 的发展，铁路线路越来越 长 ， 范 围越 来 越 广 。在 建 设 过 程 中 ， 线 路 中无 法 避
让 的 山体 一 般 会进 行隧 道 施 工 。 铁 路 隧 道 施 工 是 一
土 兰
一
从铁路隧道工程的建设实际 出发 ，将隧道 断面
尺 寸 、渗 透 系 数 以及 地 下 水 水 头 等 影 响 因 素 均 已确
．
项极其 复杂的 工程 ，不仅 技术含量高 ，而且对于 各
个影 响 因素 的控 制 要求 ｔ ‘ 分 严 格 。在 施 工 设 计 过 程 中 ， 地 质条 件 的差 异性 使 隧 道 衬 砌 结 构 设 计 出现 不
龟与安全 。
一
ｐ － × ＇ ， ×／ ／
（ ６）
公式中：
代表 折减系数 ： ｙ 代表水容重 。
折 减 系 数 通 常 会 受 到 渗 透 系数 以 及排 水 流量
，一～ 一
的影响 ，而且排水流量 与渗透 系数之 间还存 在一定 联系 。本次试验 所需设备如 图 ３所示，核心设备有 压力罐 、围岩 、排水 以及衬砌等 。图中，ｑ ， 表示水 箱 ２中进水 的流量 ， 表示水箱 ２中出水的流量。
外水 荷载作 用 的铁路 隧道衬 砌结构 设计探讨
■ 王 秋
本 文 使 用 连 续 孔 隙 的 液 体 介 质 流 动 模 型 ，对 隧
【 摘 要】本文主要运 用试验 分析的方法，探讨外水 荷载的 折减 系数与渗透 系数之 间的关系 铁路隧道衬砌的 受力模 式可分为考虑和 不考虑 外水荷载，通过分析得 知，受外水
、
铁路隧道排水与外水载荷
在 我 国 ， 以前 的 铁 路 隧 道 的 排 水 方 式 以无 限 制
圈 ２地 Ｆ 水渗流过程简化示意图
排 水 理 念 为 丰 ， 所 以 在 隧 道 施 工 的衬 砌 结 构 设 汁 工 作 中 般 随接 忽 略 外 水 载 荷 的 影 响 和 作 用 。这 种 较 为传 统 的设 计 观 念 会 为 成 型 后 的 铁 路 隧 道 带来 一些 实 际 问 题 ， 最 为 常 见的 就 是 渗 、漏 水 。随 着铁 路 隧
分 析条件 （ １ ）中指 出，地下水在渗透的过程中
遵 循 达 西定 律 ，所 以可 得 地 下 水 渗 流 速 度 的 数 学 计 算 公式 为 ：
， －＝ ＫＪ ．
Ｊ —
， 一
可用 。为此 ，应合理运用室 内模 型建立及 试验分析
的方 法 ， 对 铁 路 隧 道 结 论 的 基 础 上 ，进 而 对存 在 外 水 载 荷 作 用 的衬 砌 设计 提 供 方 法 。 二 、 外 水 载 荷 对 于 铁 路 隧 道 衬 砌 结 构 的 基 本 作 用 原
道 施 工 技 术 的／ ｝ 断 进 步 ，提 出 许 多 先进 的 设 计 理 念 ，
整 个试验 设备和 系统 可保证 最高 水位 不会 发生变
化 。 试验 工 作 包 含 对 各 类 工 况 进 行 测 试 ，对 水 压 以
实 际排 水 最 的 数 学 计 算 公式 为 ：
ｐ： ２ 了 【 ｒ ＝ ２ Ⅱ ｒ Ｋ ． ，
定的基础上 ，结合理论分析概念 ，按照堵作 为核 心 手段 ，并限制实际排放量 的原 则对隧道衬砌 结构进 行 针 对 性 设 计 ， 表达 式 为 ：
木 ”
同， 比如是 否存在外水载荷作用对于衬砌结构 的要
求是不 Ｊ 司的 。 因此 ， 在铁 路 隧道 的 施 工 设 计 阶 段 ， 要 对 存 在 外 水 载 荷 作用 的 衬 砌 结 构 设 计 进 行 细 致 的 分析 和 研 究 ，制 定 最 佳 设 计 方 案 ，从 而 确 保 施 工 质