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第 34 卷第 10 期山西建筑
2008 年 4 月 SHANXI ARCHITECTURE Apr. 2008 · 313·
文章编号:1009 6825 (2008) 10 0313 02 2
隧道渗流三维2 有限元模拟
2 吴赤宁
摘要:以双洞八车道特大型隧道为例,利用三维有限元模型,分析了隧道面透水和不透水两种工况下隧道总水头、流量
及流速的分布规律,为隧道设计及衬砌施工提供一定的参考价值。
关键词:隧道,有限元模型,水压力,荷载
中图分类号: 文献标识码:A
山岭隧道地下水流处于地下水流系统之中,隧道所处的水力 1 计算模型
单元不同隧道位置的渗流场也有所不同。在一些山岭隧道的修
根据双洞八车道特大型隧道断面图,取隧道进口段计算分
建中,隧道开挖断面大,且穿越富水区,水头高(如圆梁山隧道和
2 2 析。一般说来,地下水的无压渗流属三维自由面渗流问题。根据
锦屏交通隧道) ,如何在不影响生态环境的条件下,安全可靠地进
2 Boussinesq 公式,忽略地面渗入或蒸发量,并不考虑水的压缩性,
行隧道设计、施工和运营,一个关键的问题就是确定隧道面上水[6]
那么此时的渗流控制方程就是一个 Laplace 方程。按照断面图
压力大小[1 3] ,而水压力的大小与其水头是相关的[4] ,因此,确定
和所提供的地质资料,建立三维有限元模型(如图 1 所示) 。
水压力的大小实际上就是确定水头。
目前,在隧道衬砌水荷载的计算中,铁路、交通部门还没有制
订统一的规范,大多还是参照水工隧洞设计规范和经验方法,有
关水头分布的论述也散见于各部门和学科的专著及专业杂志上。
水工隧洞中,衬砌水荷载一般包括外水压力和内水压力两部
分[5] ,二者作用对象均为衬砌(对于围岩可直接称为水压力) ,外
水压力是和有压隧洞中内水压力相对而言的,而铁路、公路隧道
中一般不存在内水压力,通常简称为“水压力”。如能确定隧道的 1. 1 初始条件和边界条件
水头分布,其“水压力”就可自然求出来。在渗流有限元计算分析中,常采用两类边界条件:第一类是
从以上的分析可以看出,整个夹箍的构造能够满足承载力要表 1 满堂式脚手架支撑施工过程分时统计表
求。墩柱高施工准备脚手架搭模板安装混凝土脚手架平均用
墩台
m d 设/d d 浇筑/d 拆除/d 时/d
5 夹箍支撑技术的应用
2 号墩 1 1

夹箍制作完成后,2003 年 5 月中旬就投入头道沟六号桥 1 号 3 号墩 1 1
墩的盖梁施工,为了尽可能地增大夹箍的承载能力,施工时还在表 2 夹箍支撑施工过程分时统计表
夹箍内侧垫上了一层橡胶垫,对螺栓施加预拉力后夹箍安装牢墩柱高施工准备夹箍安装模板安装混凝土夹箍拆除平均用
墩台
固。随后在夹箍的每侧搭设一个高度为 32cm 的工字钢,再在工 m d d d 浇筑/d d 时/d
1 号墩 1
字钢上架设模板和工作平台,这样一个夹箍支撑体系就完成了
4 号墩 13.