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隧洞外水压力

2020-04-09 21:01

作用在隧洞衬砌外壁的静水压力。隧洞外水压力是水工隧洞所承受的基本荷载之一。对有压隧洞,外水压力有抵消内水压力的作用,但在检修期洞内无水时,仍是主要的不利荷载。对无压隧洞,外水压力一般起控制作用。采取有效的排水措施,可减小外水压力。

外水压力的数值与隧洞沿线地下水活动的规律有关。围岩的节理、裂隙和隔水层的分布情况,以及衬砌本身的透水性和排水条件等因素,对外水压力的影响较大。水工隧洞沿线地下水水位变化多,工程地质条件复杂,隧洞衬砌与围岩又有一定的嵌固作用,确切计算外水压力数值比较困难。

通常将外水压力视为作用在隧洞衬砌外壁的边界力。先根据隧洞沿线的工程地质、水文地质条件及隧洞的排水、防渗条件,考虑到水库蓄水后地下水的变化情况,分析确定可能的地下水位线,然后将地下水位线至衬砌外壁之间的水柱高乘以折减系数(β),可视为作用在衬砌上的外水压力。

β值是一个综合指标,要结合当地的工程地质、水文地质、地形及工程布置条件,并辅以必要与可能的观测资料,全面分析确定。初定时可根据工程类比,参照地下水渗流过程的水头损失及其他排水、补水的影响,按最不利的情况选取。当地下水活动微弱,洞壁有渗水或滴水时,β值可取0~0.4;地下水活动显著,沿裂隙或软弱结构面有大量滴水或线状流水或喷水时,β值可取0.25~0.6;地下水活动强烈,呈严重股状流水,沿软弱结构面有小量涌水时,β值可取0.4~0.8;地下水活动时,β值可取0.65~1.0。对围岩采取防渗、排水措施后,可适当降低β值。在工程设计中,为安全计,当与内水压力组合时,取偏小的β值;当隧洞检修时,取偏大值。

将水压力视为边界力的方法比较简单,得到广泛应用。20世纪90年代以来,对外水压力对衬砌作用的认识有所发展,认为衬砌与围岩都是相对透水体,两者又紧密贴接,形成一定边界条件下的渗流场,外水压力应是空间场力。即以体积力的方式作用于地下水位以下的围岩和衬砌上;根据围岩与衬砌的渗透特性,计算渗流场,并据以进行等效渗流荷载的计算和衬砌的设计。

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