摘要:研究目的:客运专线铁路隧道结构设计中往往会碰到水荷载作用计算难题,考虑抗水压衬砌结构设计仍然是隧道设计与研究热点之一。为检验隧道衬砌结构设计的安全性及防水性,有必要对抗水压衬砌设计结构进行内力计算。研究方法:针对金沙洲隧道特定地质条件和工程设计要求,采用基于有限单元法的荷载结构模型,对按围岩类别设计的3种隧道断面衬砌结构受力进行数值模拟。研究结果:研究得到了衬砌外水压力以及结构内力及分布特征,并验算了衬砌结构的安全系数。通过对计算结果分析验证,选出了各自围岩级别下合适的衬砌结构。研究结论:在全断面封闭排水的衬砌结构设计中,应着重考虑发挥混凝土的抗压性能;在富水区地下水头较大时。采用帷幕注浆法改善堵水圈的渗透系数,可有效降低衬砌的外水压力;选择仰拱外轮廓隅角半径、仰拱与曲边墙的连接处的半径以及仰拱厚度作为控制变量,可以改善衬砌结构受力特征。
关键词:水荷载 衬砌结构 有限单元法 数值模拟 防水设计
单位:铁道第四勘察设计院; 武汉430063
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