地下工程结构外水压折减分析研究

1摘要:介绍了广州地铁二号线越秀公园站所采用的有使用期间地下水的渗流进行模拟计算,从而得出地下水的渗流场和渗流压力,通过对计算结果与监测结果的比较,指出作地下工程的实践表明,与一般地面结构相比,地下结构的受力较为复杂,一般来说,作用在浅埋地下结构上的荷载主于地下工程地下水压力的认识,国内工程有两种观点:一种观点认为在雨水充沛,地下水位高地区设计二衬时应按全水头压力考虑;另一种观点认为二衬背后的水是初支渗漏水,水头高度经过渗流已经降低,加上衬砌背后回填注浆等措施,使初支与二衬间基本密贴,水压力是以局部的小面积作用在二衬上的,同时暗挖隧道内一般没有泄水孔,所以在设计时对水头2压力应予以适当折减。由于缺乏系统、可靠的实测数据和深入的理论分析,对地下水作用的认识仍未达成共识[2]。现通过对排水和渗漏水情况下隧道结构水压折减理论进行分析,同时针对广州地铁二号线越秀公园站,采用有限元数值模水的渗流进行模拟计算,从而得出地下水的渗流场和渗流压力,得出一些对地下结构设计和施工有参考价值的结论,指广州地铁二号线越秀公园站设于解放北路与流花路交叉路口下,起于以太广场前,沿解放北路并与之小角度斜交,范围第四系松散堆积物中杂填土成分杂,均匀性差,局部有架空现象,透水性不均一,局部透水性强,其余为弱透水性～极微透水性地层。基岩裂隙水埋藏深。稳定水位在1.5m~3.8m。本次计算取越秀公园站暗挖区间里程+413处断面进行3算范围,进行有限元网格划分。在确定计算范围时,考虑到地下水位线以上部分对本渗流计算没影响,所以计算模型的上边界是从水位线开始的。而对计算区域的有限元网格划分是采用ANSYS软件进行的。其次通过渗流计算程序计算出隧道衬砌上的水压力,最后对计算结果与现场实测结果进在车站暗挖区间里程+413处,埋设了一组地下水压力测试断面。此断面包含车站左线二衬、车站右线初支及二衬、车站由计算结果可以看出,在隧道使用阶段水压力明显比隧道施工期间水压力大,这是由于在施工过程中地下水会在开挖面流动,随着防水层施工完成和二次衬砌的施工完成,水位会逐步升高,水压力会逐渐增大,但不会达到地下水水位线果比计算结果偏小,说明隧道周围测点的水压并不等于该点以上的全部水头的静水压力,即作用在地下结构上的地下水4对于大型的地下工程,做地下水的渗透分析是值得的,和财力所不允许的。因此,在总结前人经验的基础上,对于一般的隧道工程,水文地质条件简单的隧道,可采用地下水位线到隧道表面的水柱高度乘以相应的折减系数后,作为该处隧道表面的地下水压力。折减系数可参考其他有关资料确1)实际中地下水压力是渗透水在围岩和衬砌中产生的体积力,应通过渗透分析计算来确定,目前采用有限元数值模拟计算。在总结前人经验的基础上,对于一般的隧道工程,水文地质条件简单的隧道,没有必要做大量的渗透分析,可采用地下水位线到隧道表面的水柱高度乘以相应的折减系数后,2)在隧道施工过程中,地下水会在开挖临空面流动,水会逐步升高,水压力会逐步增大,但不会达到地下水水位线的53)对于软土地区修建的地下工程,地下水压力的存在对于断面近似于圆形的隧道并不会恶化结构受力,可以采用全包防水;对直边墙和平底的地下结构,会恶化结构内力。可以分析地下水的渗透量,通过对地下水位的影响等因素的经[1]钱家欢,殷宗泽.土工原理与计算[M].北京:中国水利水电出版社,1944.[2]D.G弗雷德隆德,H.拉哈尔佐,非饱和土土力学[M].陈仲颐等译.北京:中国建筑工业出版社,1997.[3]周书明.浅谈隧道工程地下水的计算[J].铁道工程[4]崔岩.地下结构外水压实验研究及理论分析[D].中国矿业大学硕士论文,1997.6