隧道渗流三维有限元模拟
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ｄ １号 墩 １ ． ８ ４２ ４号 墩 １ ． ６ ３９ ０５ ． Ｏ５ ． ｄ Ｏ５ ． Ｏ５ ． ｄ １ １ 浇 筑 ／ ｄ ０５ Ｏ５ ． ｄ ０５ ． ０５ ． 时 ／ ｄ ３
．
夹箍 内侧垫上 了一层 橡胶 垫 ， 螺栓 施 加预 拉 力后 夹箍 安 装牢 对
吴 赤 宁
摘 要： 以双洞八车道特大型隧道为例 ， 利用三维有 限元模型 ， 分析 了隧道 面透水 和不透水 两种＿￣Ｔ隧道 总水 头、 Ｔ － 流量
及 流速 的分布 规律 ， 为隧道设计及衬砌施工提供 一定 的参考价值 。 关键词 ： 隧道 ， 有限元模 型， 水压力 ， 载 荷
中 图分 类 号 ： ５ ．１ Ｕ４ ２ １ 文 献标 识码 ： Ａ
固。随后在夹箍的每侧搭设一个高度 为 ３ ｌ 的工 字钢 ， 在工 ２Ｃ Ｉ Ｔ 再 字钢上架设 模板 和工 作平 台 ， 样一 个 夹箍 支撑 体 系就 完 成 了 这
（ 图７。 见 ）
０
６ 结语
１ 夹箍支撑技术 既有效地缩短 了施 工时间 ， ） 又没有破坏 墩身 的任何结构 ， 一种 简便 而实用的支撑方 式。２ 由于夹箍支撑技 是 ） 术 的关键是控制好 夹箍与墩身 的摩擦力 ， 而这又 与材料 、 结构 、 天 气、 设备等若干因素有关 ， 是一个变 化的 因素 ， 因此它 的应用 还需
４５ ．
５ 夹箍 支撑 技术 的应 用
夹箍制作完成后 ，０ ３ ５ 中旬就投人 头道沟六 号桥 １ ２０ 年 月 号 墩的盖梁施 工 ， 了尽 可能 地增 大夹箍 的承 载能 力 ， 工 时还在 为 施
表 ２ 夹箍支撑施工过程分时统计表
墩台 墩柱高 施工准备 夹箍 安装 模板安装 混凝土 夹箍拆除 平均用
从以上 的分析可 以看 出 ， 整个 夹箍 的构造 能够满足 承载力要
求。
表 １ 满堂式脚手架支撑施工过程分 时统计表
墩 台 墩柱高 施工准备 手架搭 脚 模板安装 混凝土 脚手架 平均用 ｄ 设 ／ ｄ ｄ 浇筑／ 拆除／ 时／ ｄ ｄ ｄ
２号 墩 １ ．４ ２ １ ３号 墩 １ ．０ ３４ Ｏ５ Ｏ５ ． １５ ． １５ ． １ １ ０５ ． Ｏ５ ． １ １
压力大小【３， １ 而水压 力的 大小与其 水头 是相关 的［ 因此 ， － Ｊ ， 确定 水压力 的大小实际上就是确定水头 。
目前 ， 在隧道衬砌水荷载 的计 算 中， 路 、 通部 门还 没有制 铁 交 订统一的规范 ， 大多 还是参 照水 工隧 洞设计 规范 和经验 方法 ， 有 关水头分布 的论述也散见于各部 门和学 科的专著 及专业杂 志上。 水工隧 洞 中， 砌 水 荷 载 一 般 包 括 外 水 压 力 和 内水 压 力 两 部 衬 分＿， ５ 二者作用对象均为衬 砌 （ 于围岩 可直接 称为水 压力 ）外 Ｊ 对 ， 水压力 是和有压隧洞 中 内水 压力相 对 而言 的， 而铁 路 、 公路 隧道
山 西 建 筑
Ｓ ＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩ ＴＤ［ ＵＲＥ
Ｖ０ ． ４Ｎｏ． ０ １３ １
Ａ ｒ ２０ ｐ． ０８
・３ ３ ・ １
文 章 编 号 ：０ ９６ ２ （０ ８ １．３ ３０ １ ０ —８ ５ ２ ０ ）００ １．２
隧 道 渗 流 三 维 有 限 元 模 拟
Ａｂ ｔａ ｔ Ｉ ｎａｙ ｅ ｈｅｗｏｒ ｒｎ ｉｌ ｆｃｉ ｕｐ ｏ ｔｎ ｗ ｈ ｃ ｉ ｅ ｓ ｐ ｒｉ ｇ ｔｌ ｎ ｐｎｇ ｃ ｎｓｒ ｔｏｎ．ａ ｄ ｈｒ ｕ ｈ ａ ｔｃ ｓ ｓｒ ｃ ： ｔａ ｌｓ ｓｔ ｋ ｐ ｉ ｃｐ ｅｏ ｌ ｓ ｐ ｒ ｉｇ ｉｈ ｓａｎ ｗ ｕｐ ｔ ｎ ｓｙ ｅｉ ｃ ｉ ｏ ｔｕｃｉ ｐ ｏ ｏ ｎ ｔ ｏ ｇｈ ｔ ｅｐｒ ｃｉａｌｕ ｅ
5墩的盖梁施工为了尽可能地增大夹箍的承载能力施工时还在表2夹箍支撑施工过程分时统计表夹箍内侧垫上了一层橡胶垫对螺栓施加预拉力后夹箍安装牢墩柱高施工准备夹箍安装模板安装混凝土夹箍拆除平均用墩台固
维普资讯
第３ ４卷 第 １ ０期 ２００有 限元模 型（ 建 如图 １ 示） 所 。
图 １ 隧 道 进 口 段 三 维有 限 元模 型
中一般不存在 内水压力 ， 通常 简称为“ 水压力 ” 。如能确定 隧道 的 １ １ 初 始条件 和 边界条 件 ． 水头分布 ， “ 其 水压力” 可 自然求 出来 。 就 在渗流有 限元计算分析 中 ， 常采用两类边 界条件 ： 第一类是
要进一 步探索 ， 这也是 目前极少有施工采用这种支撑方式的原 因。 参考文献 ： 夹箍支撑技术 的应用取得 了很 大的成功 ， 面是对两种支撑 ［］ 占军． 咀 江特 大桥 墩 身 和盖 梁施 工方案 ［］ 山 西建 筑， 下 １王 凤 Ｊ、 方式 的施工过程进行 的分时统计 ， 见表 １ 表 ２ ， 。 ２ ０ ，３ １ ）３ ０３ １ ０ ７ ３ （０ ：３ ．３ ．
根据双洞八 车道 特 大型 隧道 断面 图 ， 隧道进 口段计 算分 取
析。一般说 来 ， 地下水 的无压渗 流属三维 自由面渗流 问题 。根据 Ｂ ｕｓ ｅ ｏｓｉ ｓ ｎ ｑ公式 ， 忽略地 面渗入 或蒸 发量 ， 不考 虑水 的压 缩性 ， 并
那么此时 的渗 流控制方程就是一个 Ｌ ｐａｅ ａｌ 方程 Ｊ ｃ 。按 照断面图
图 ７ 应用夹箍后盖梁的施 工情况
Ｔｈ ｅ ｒ ｈ ａ ｄ ａ ｐｌｃ ｔｏ ｆｃ ｐ ｎｇ ｃ ｎｓｒ ｃ ｉｎ ｃｉ ｕ ｐｏ ｔｎ ｅ ｈ ｑｕ ｅ ｓ ａ ｃ ｎ ｐ ｉａ ｉｎ ｏ ｏ ｉ ｏ ｔ ｕ ｔｏ ｌｐ ｓ ｐ ｒ ｉ ｇ ｔｃ ｎｉ ｅ
ＨＵ Ｒｕ ．ｅ ｉ ｎ ｆ
山岭隧道地下水流处于地下水 流系统之 中， 隧道所 处的水力 １ 计算 模型
单元不 同隧道位置 的渗流 场也有 所不 同。在一 些 山岭隧道 的修 建 中， 隧道开挖 断面 大 ， 且穿越 富水 区 ， 水头 高 （ 圆梁 山隧道 和 如
锦屏交通隧道 ）如何在不影响生态环境 的条件下 ， ， 安全 可靠地进 行隧道设计 、 施工 和运营 ， 一个 关键 的 问题 就是 确定 隧道 面上水
．
夹箍 内侧垫上 了一层 橡胶 垫 ， 螺栓 施 加预 拉 力后 夹箍 安 装牢 对
吴 赤 宁
摘 要： 以双洞八车道特大型隧道为例 ， 利用三维有 限元模型 ， 分析 了隧道 面透水 和不透水 两种＿￣Ｔ隧道 总水 头、 Ｔ － 流量
及 流速 的分布 规律 ， 为隧道设计及衬砌施工提供 一定 的参考价值 。 关键词 ： 隧道 ， 有限元模 型， 水压力 ， 载 荷
中 图分 类 号 ： ５ ．１ Ｕ４ ２ １ 文 献标 识码 ： Ａ
固。随后在夹箍的每侧搭设一个高度 为 ３ ｌ 的工 字钢 ， 在工 ２Ｃ Ｉ Ｔ 再 字钢上架设 模板 和工 作平 台 ， 样一 个 夹箍 支撑 体 系就 完 成 了 这
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６ 结语
１ 夹箍支撑技术 既有效地缩短 了施 工时间 ， ） 又没有破坏 墩身 的任何结构 ， 一种 简便 而实用的支撑方 式。２ 由于夹箍支撑技 是 ） 术 的关键是控制好 夹箍与墩身 的摩擦力 ， 而这又 与材料 、 结构 、 天 气、 设备等若干因素有关 ， 是一个变 化的 因素 ， 因此它 的应用 还需
４５ ．
５ 夹箍 支撑 技术 的应 用
夹箍制作完成后 ，０ ３ ５ 中旬就投人 头道沟六 号桥 １ ２０ 年 月 号 墩的盖梁施 工 ， 了尽 可能 地增 大夹箍 的承 载能 力 ， 工 时还在 为 施
表 ２ 夹箍支撑施工过程分时统计表
墩台 墩柱高 施工准备 夹箍 安装 模板安装 混凝土 夹箍拆除 平均用
从以上 的分析可 以看 出 ， 整个 夹箍 的构造 能够满足 承载力要
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表 １ 满堂式脚手架支撑施工过程分 时统计表
墩 台 墩柱高 施工准备 手架搭 脚 模板安装 混凝土 脚手架 平均用 ｄ 设 ／ ｄ ｄ 浇筑／ 拆除／ 时／ ｄ ｄ ｄ
２号 墩 １ ．４ ２ １ ３号 墩 １ ．０ ３４ Ｏ５ Ｏ５ ． １５ ． １５ ． １ １ ０５ ． Ｏ５ ． １ １
压力大小【３， １ 而水压 力的 大小与其 水头 是相关 的［ 因此 ， － Ｊ ， 确定 水压力 的大小实际上就是确定水头 。
目前 ， 在隧道衬砌水荷载 的计 算 中， 路 、 通部 门还 没有制 铁 交 订统一的规范 ， 大多 还是参 照水 工隧 洞设计 规范 和经验 方法 ， 有 关水头分布 的论述也散见于各部 门和学 科的专著 及专业杂 志上。 水工隧 洞 中， 砌 水 荷 载 一 般 包 括 外 水 压 力 和 内水 压 力 两 部 衬 分＿， ５ 二者作用对象均为衬 砌 （ 于围岩 可直接 称为水 压力 ）外 Ｊ 对 ， 水压力 是和有压隧洞 中 内水 压力相 对 而言 的， 而铁 路 、 公路 隧道
山 西 建 筑
Ｓ ＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩ ＴＤ［ ＵＲＥ
Ｖ０ ． ４Ｎｏ． ０ １３ １
Ａ ｒ ２０ ｐ． ０８
・３ ３ ・ １
文 章 编 号 ：０ ９６ ２ （０ ８ １．３ ３０ １ ０ —８ ５ ２ ０ ）００ １．２
隧 道 渗 流 三 维 有 限 元 模 拟
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5墩的盖梁施工为了尽可能地增大夹箍的承载能力施工时还在表2夹箍支撑施工过程分时统计表夹箍内侧垫上了一层橡胶垫对螺栓施加预拉力后夹箍安装牢墩柱高施工准备夹箍安装模板安装混凝土夹箍拆除平均用墩台固
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第３ ４卷 第 １ ０期 ２００有 限元模 型（ 建 如图 １ 示） 所 。
图 １ 隧 道 进 口 段 三 维有 限 元模 型
中一般不存在 内水压力 ， 通常 简称为“ 水压力 ” 。如能确定 隧道 的 １ １ 初 始条件 和 边界条 件 ． 水头分布 ， “ 其 水压力” 可 自然求 出来 。 就 在渗流有 限元计算分析 中 ， 常采用两类边 界条件 ： 第一类是
要进一 步探索 ， 这也是 目前极少有施工采用这种支撑方式的原 因。 参考文献 ： 夹箍支撑技术 的应用取得 了很 大的成功 ， 面是对两种支撑 ［］ 占军． 咀 江特 大桥 墩 身 和盖 梁施 工方案 ［］ 山 西建 筑， 下 １王 凤 Ｊ、 方式 的施工过程进行 的分时统计 ， 见表 １ 表 ２ ， 。 ２ ０ ，３ １ ）３ ０３ １ ０ ７ ３ （０ ：３ ．３ ．
根据双洞八 车道 特 大型 隧道 断面 图 ， 隧道进 口段计 算分 取
析。一般说 来 ， 地下水 的无压渗 流属三维 自由面渗流 问题 。根据 Ｂ ｕｓ ｅ ｏｓｉ ｓ ｎ ｑ公式 ， 忽略地 面渗入 或蒸 发量 ， 不考 虑水 的压 缩性 ， 并
那么此时 的渗 流控制方程就是一个 Ｌ ｐａｅ ａｌ 方程 Ｊ ｃ 。按 照断面图
图 ７ 应用夹箍后盖梁的施 工情况
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ＨＵ Ｒｕ ．ｅ ｉ ｎ ｆ
山岭隧道地下水流处于地下水 流系统之 中， 隧道所 处的水力 １ 计算 模型
单元不 同隧道位置 的渗流 场也有 所不 同。在一 些 山岭隧道 的修 建 中， 隧道开挖 断面 大 ， 且穿越 富水 区 ， 水头 高 （ 圆梁 山隧道 和 如
锦屏交通隧道 ）如何在不影响生态环境 的条件下 ， ， 安全 可靠地进 行隧道设计 、 施工 和运营 ， 一个 关键 的 问题 就是 确定 隧道 面上水