清华大学学报(自然科学版)

作者：王如宾, 王新越, 张文全, 徐卫亚, 陆进彬, 向天兵

单位：1. 河海大学 岩土工程科学研究所, 南京 210098;<br>2. 云南省滇中引水工程有限公司, 昆明 650000;<br>3. 中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司, 昆明 650051

关键词：滇中引水隧洞,物理模型试验,高外水压力,断层破碎带

基金：云南省重大科技专项计划项目(202102AF080001)

为揭示复杂地质条件下富水区深埋隧洞围岩-灌浆圈-衬砌复合系统的外水压力作用规律, 该文自行研制适用于深埋隧洞的大型高外水压力物理模型试验测试系统, 选取滇中引水工程昆明段松林隧洞TSLT-005与TSLT-006(TSLT-005、 TSLT-006为断层编号)交叉断层典型洞段为研究对象, 开展含交叉断层深埋隧洞衬砌外水压力物理模型试验, 揭示不同隧洞埋深、 不同地下水位及不同排水条件下, 衬砌的外水压力变化规律, 并给出各工况下的外水压力折减系数建议取值范围。 结果表明： 隧洞埋深和地下水位对衬砌结构的外水压力影响明显, 随着隧洞埋深的增大, 受高地应力影响, 围岩与灌浆圈自身的孔隙度与渗透性下降, 对地下水渗流势能起到较好的削弱作用, 导致衬砌的外水压力整体呈降低趋势; 随着地下水位升高, 衬砌全环的外水压力呈增大趋势, 且由于岩体中细颗粒会被高水压冲散, 因此形成较为连通发育的渗流通道, 渗压增速也会随地下水位的升高而增大; 设置衬砌排水孔可有效降低隧洞拱肩及其以上部位的外水压力, 当隧洞围岩存在交叉断层分布时, 断层带影响的衬砌部位外水压力降低效果受到一定削弱, 且对衬砌的外水压力分布影响较为明显, 在高地下水位工况下, 需重点关注“断层带”对围岩衬砌结构整体的影响范围; 当衬砌结构不排水时, 600 m埋深的外水压力折减系数约为200 m埋深的92%, 设置排水孔后, 600 m埋深的外水压力折减系数约为200 m埋深的85%; 当隧洞围岩存在交叉断层时, 在不排水情况下, 衬砌最不利点的外水压力折减系数建议取值0.95以上, 在排水条件下, 衬砌处的外水压力折减系数建议放宽至0.82; 最后, 利用有限元数值模拟方法对衬砌的外水压力物理模型试验结果进行验证, 在衬砌不排水工况下, 误差约为9.3%, 在衬砌排水工况下, 误差约为7.8%, 表明高外水压力作用物理模型装置和试验结果基本上合理可行。 该研究为富水区深埋隧洞工程的设计施工及运行安全提供科学参考。

来源：2024年第7期

《清华大学学报(自然科学版)》期刊编辑部

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