城市隧道不排水时计算结果分析

1)初始平衡状态围岩孔隙水压分布规律

①隧道开挖前岩土体中最小主应力如图6.14所示。由于隧道并未开挖,在同一水平面(x-y面)上,地应力S min大致为水平直线,并沿竖向梯度变化。因此,地表S min为0,模型底部S min绝对值最大,为-3.166 MPa。

图6.14　围岩初始最小主应力云图

②隧道开挖前岩土体中最大主应力如图6.15所示。由于隧道并未开挖,在同一水平面(x-y面)上,地应力S max同样为水平直线,并沿竖向梯度变化。因此,地表S max为0,模型底部S max绝对值最大,为-2.008 MPa。

图6.15　围岩初始最大主应力云图

③隧道开挖前岩土体中初始渗流场孔隙水压力分布如图6.16所示。此时,水压力在围岩中为静水压力分布,沿竖向呈梯度变化。地表至地下水位线之间孔隙水压力均为0 MPa,模型底部的最大孔隙水压力为1.000 MPa。在同一水平面(x-y面)上,初始渗流场的孔隙水压力等值线为水平直线。

图6.16　围岩初始孔隙水压云图(单位:Pa)(www.xing528.com)

2)流固耦合后围岩-支护体系水压分布规律

模拟运营期隧道,当排水系统不排水时(设置排水管水压为静水压,等效于排水管完全堵塞或无排水系统),岩土体中孔隙水压如图6.17、图6.18所示。可知,孔隙水压力仍呈静水压力场分布,且沿竖向呈梯度变化。隧道周围的水压力等值线为水平直线,同样与模型的初始渗流场状态一致。究其原因,是计算时设置的排水系统并未将渗入二衬背后的地下水排出,且全包型防水板的存在,汇集于二衬背后的地下水无法渗流进入洞室内部。因此,可认为当隧道内的排水系统不排水时,围岩渗流场的分布不会改变。

图6.17　不排水时围岩孔隙水压云图

图6.18　不排水时围岩孔隙水压等值线图

运营期隧道防水系统不排水时,其二衬背后孔隙水压如图6.19所示。可知,二衬背后孔隙水压分布均匀,与洞室周围围岩中的水压分布相似,在竖向上随埋深增加呈梯度变化。说明运营期隧道排水系统未排水时,待地下水渗流稳定后,作用在二衬上的孔隙水压也逐渐恢复至初始水压状态,最大值位于拱底处,约0.419 MPa。

图6.19　不排水时二衬孔隙水压云图(单位:Pa)

综上所述,模拟运营期隧道排水系统不排水状态(排水系统完全堵塞或无排水系统)时,渗流稳定后围岩的孔隙水压较初始孔隙压力并未发生改变,二衬背后的孔隙水压基本呈水平分布,需要承担的外水压力值较大,水压力值在竖向上随埋深增加呈梯度变化。