研究成果：矿山法城市隧道渗流场演变及防排水问题

渗流研究的实质是通过研制针对性极强的试验装置,运用适宜的试验方法分析特定情况下的渗流规律[137]。国内对隧道渗流试验的研究还处于起步阶段:何川等[138]研制了盾构隧道-地层复合体模拟试验系统,并通过钢绞线箍紧管片环衬砌结构的围箍力施加水压的方式得到了层状复合地层条件下衬砌内力随水压力变化的关系,为模拟隧道水问题提供了一种方法;谭忠盛等[139]采用260 cm×100 cm×180 cm的试验台架、光纤光栅测试技术和预制钢筋混凝土衬砌,对厦门翔安海底隧道的支护结构受力特征进行分析,认为水土压共同作用下,地下水渗流场和应力场的耦合作用显著增大;高新强等[129]利用自行研制的2 m×1 m×1.3 m模型箱和测压管,对设置注浆圈前后二衬背后水压力作用系数进行研究,得到了注浆施作可明显减小隧道内的排水量并增加注浆圈外表面水压力作用系数的结论;李术才等[140]研制了可用于模拟准三维平面应力和平面应变的流固耦合装置,用以揭示海底隧道施工过程中洞壁压力和围岩位移场、渗流场等的变化规律,认为隧道拱底位置的渗透压力受分布开挖影响较小且开挖对围岩渗流场的影响范围约为1倍的洞径。目前,隧道渗流模型试验多用于盾构隧道或海底隧道的研究中,针对矿山法隧道,试验装置使用时存在较大局限:

①隧道施工期是隧道修建的重要阶段,掌握施工期隧道渗流场演变规律、预测涌水量等对工程能否顺利完成至关重要,而现有试验装置难以实现其模拟效果。

②注浆圈作为隧道防水体系的重要组成部分,直接影响地下渗流场和结构水压力分布,现有装置未考虑注浆圈或在试验中不便调整,仅依靠预埋相似土体材料进行模拟,操作烦琐,对试验结果干扰大。(www.xing528.com)

因此,有必要研制一套能准确模拟矿山法隧道围岩-支护体系,并适用于施工及运营期的隧道渗流模型试验系统。基于前述以控制渗透系数为核心而研制的围岩-支护体系相似材料,自主研发了大型施工及运营期矿山法隧道渗流模型试验系统,以满足渗流试验的目的和要求。