Исследование режима дренажа и анти

Jul 19, 2023

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 5354 (2023) Цитировать эту статью

695 Доступов

Подробности о метриках

С увеличением объемов строительства и удержания туннелей традиционные гидроизоляционные и дренажные системы не могут удовлетворить потребности туннелей в районах с сильными дождями, и часто происходят такие катастрофы, как растрескивание облицовки туннелей, протечки и даже обрушение. Чтобы обеспечить безопасную эксплуатацию и техническое обслуживание туннелей, в данной статье анализируются характеристики традиционной гидроизоляционной и дренажной системы, а также предлагается новая дренажная конструкция посредством численного моделирования и испытаний в помещении. В этой конструкции удалена круглая дренажная глухая труба и добавлена ​​выпуклая дренажная пластина между водонепроницаемой плитой и вторичной облицовкой. Исследования показывают, что новая дренажная система значительно снижает давление воды в легко блокируемом участке дренажного сооружения. Благодаря специальной модели с поверхностным сливом внешнее давление воды в футеровке вдали от заблокированной зоны может быстро вернуться к нормальному уровню. Кроме того, дренажная способность различных водонепроницаемых и дренажных плит различна. С увеличением опорного давления снижается дренажная способность; геотекстиль уменьшается больше всего, за ним следует дренажная доска с капиллярным дренажем, а затем дренажная доска с выпуклой оболочкой. В то же время после испытания на отвод мутной воды из трех материалов было обнаружено, что дренажная пластина с выпуклой оболочкой имеет наилучшие характеристики защиты от осадка. Исследование в этой статье представляет собой полезную попытку спроектировать гидроизоляционную и дренажную конструкцию богатого водой карстового туннеля и дает гарантию безопасной эксплуатации и обслуживания туннеля.

С появлением все большего количества карстовых туннелей проблема протечек стала большой проблемой для бесчисленного количества строителей туннелей. Утечка воды в туннеле приведет к коррозии облицовки, коррозии путей и деталей, кипению грязи на дне туннеля и другим явлениям; это ухудшает условия эксплуатации туннеля и ставит под угрозу долговечность конструкции туннеля. Примерами этого являются туннель Гаотянь железной дороги Гуйян-Гуанчжоу, туннель Хунцяо железной дороги Ухань-Гуанчжоу и небольшой горный туннель железной дороги Шанхай-Куньмин. Деформация перевернутой арки и повреждения, вызванные высоким давлением воды, произошли на железной дороге Куньмин-Наньцзян и в других местах, что привело к серьезным экономическим потерям. Независимо от того, идет ли речь о процессе строительства или эксплуатации, очистка грунтовых вод туннеля является одним из наиболее важных вопросов структурной безопасности в карстовых зонах. Большое количество учёных провели соответствующие исследования по этому вопросу.

В рамках теоретических расчетов аналитическим методом1 получено распределение поля рассеяния в глубоко заглубленном туннеле с высоким напором. На основе классического решения Харра для туннеля без облицовки в сочетании с реальной гидрологической средой (принимая окружающую породу, цементационное кольцо и облицовку как целостную систему) было получено уравнение давления воды в поле просачивания2. Сравнил различные аналитические и численные решения и доказал надежность аналитического решения3. Предложил полутеоретический метод анализа для расчета просачивания4. Посредством теоретического анализа, испытаний в помещении и полевых измерений были предложены конструктивная форма и схема контролируемого дренажа, подходящие для туннеля с высоким уровнем воды5. Создана масштабная модель, и результаты показали, что метод PWW может снизить давление воды и деформацию футеровки в условиях дренажа, тогда как в условиях свободного дренажа деформация футеровки с использованием метода PWW может быть уменьшена примерно на 30%6, 7. Была создана трехмерная численная модель и обнаружено, что давление воды в своде туннеля было низким, а давление воды в перевернутой арке - высоким. В богатых водой карстовых туннелях центр перевернутой арки легко растрескивался при использовании полуогибающего и полудренажного режима7. Изучен закон изменения давления крепостной воды под действием динамического давления воды, предложена оптимизированная схема дренажа для снижения давления воды в перевернутой арке, проанализирован эффект водоотвода и дренажа8. На примере туннеля Гунбэй было предложено аналитическое решение для расчета эффективного напряжения, вызванного просачиванием вокруг мелководного туннеля в упругой полуплоскости. Высокое давление воды, скопившееся за облицовкой, является основной причиной катастроф с давлением воды. Чтобы определить распределение давления воды за обделкой9, вывели аналитическую формулу давления воды обделки цементации окружающей породы и взаимосвязь между давлением воды обделки и коэффициентом проницаемости, используя метод осесимметричного анализа10,11. На основе метода конформного преобразования выведена формула расчета давления воды на обделку круглого тоннеля при установившемся режиме фильтрации12,13,14. Установлено аналитическое решение притока воды для стабильной фильтрации круглого тоннеля при изотропном коэффициенте проницаемости. Что касается материалов15, были изучены водонепроницаемые характеристики резиновых прокладок с четырех аспектов16. Установлено, что в Швейцарии, Австрии и других странах полиэтилен и поливинилхлорид используются в качестве водонепроницаемых материалов и они широко применяются17. Разработаны композиционные гидроизоляционные и дренажные материалы18,19. Представлен новый тип жидкого гидроизоляционного материала (проницаемый кристаллический тип на водной основе) и проанализированы различия между комбинацией этого материала и торкрет-бетоном и опалубочным бетоном с микроскопической точки зрения. Капиллярные и выпукло-оболочечные гидроизоляционные и дренажные плиты являются относительно новыми дренажными материалами20. Изучено влияние доски капиллярного дренажа на дренажную способность песчаной почвы путем проведения испытаний дренажа в помещении и установки угла для изучения ее противозаиления. Результаты показывают, что диапазон значений угла наклона полосы капиллярного дренажа, лежащей на земляном основании, откосе и других сооружениях, рекомендуется составлять 10°–15°21. Провели испытания на устойчивость к давлению воды и долговечность пяти различных гидрошпонок и применили их в водонепроницаемой системе туннеля Гунбэй. Что касается структурной оптимизации22, предложена концепция проектирования гидроизоляции и дренажа, подходящая для туннеля Восточного Тяньшаня: технология строительства «один блок, два дренажа и три предотвращения»23. Предложена композитная гидродренажная система (КВДС). Результаты исследований показали, что в случае закупорки глухой трубы давление воды традиционной дренажной системы в туннеле быстро возрастает, в то время как туннель CWDS может эффективно дренировать и снижать давление24. Предложенные меры тройной оптимизации конструкции и результаты исследований будут играть важную направляющую роль при проектировании, строительстве и обслуживании водоотводных систем автодорожных тоннелей в Китае25. Разработана модель дренажной фильтрации, состоящая из дренажных труб, водонепроницаемых мембран и геотекстиля. Это исследование полезно для оптимального проектирования туннельных гидроизоляционных и дренажных систем, например, для оценки начальной проницаемости и толщины обделки, расстояния между круглыми дренажными трубами и гидравлической проводимости геотекстиля26. Путем численного моделирования и модельных испытаний были изучены три оптимизированные схемы гидроизоляции и дренажа. Результаты показали, что при использовании обычных схем гидроизоляции и дренажа для богатых водой карстовых туннелей дренажная система не может эффективно снижать давление воды в перевернутой арке туннеля. туннель. Когда в нижней части перевернутой арки была добавлена ​​продольная глухая дренажная труба, степень сокращения достигла 84%, а когда в нижней части перевернутой арки была установлена ​​центральная дренажная канава, она увеличилась до 96%27. Предложена новая концепция системы дренажа и снижения давления в нижней части железнодорожного туннеля, которая может эффективно сбрасывать скопившуюся воду в нижней части туннеля и достигать цели снижения давления воды28. Изучено распределение давления воды за облицовкой при различных формах гидроизоляции и дренажа и предложена оптимальная схема укладки гидроизоляционной плиты29. Предложена новая концепция активного управления проектированием гидроизоляции и дренажа путем регулирования прочности и проницаемости окружающей породы, армирующего кольца и исходной опорной конструкции. В целях активного и разумного снижения давления воды в туннеле30 предложена специально разработанная дренажная система с антиблокировкой и автоматическим сбросом давления воды31.