论文总字数：30145字

摘 要

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摘要

在隧道工程中，渗漏水常常严重威胁隧道的服役性能以及使用寿命。由于现有的防排水系统治理效果不理想，本文提出将透水混凝土运用于隧道初衬的想法。研究中通过借鉴道路工程中透水混凝土路面，在实验室中制作出了强度大于20Mpa，渗透系数在1×10^-3左右的透水混凝土,得出普通透水混凝土已经能够满足规范对隧道衬砌的相关要求。之后，研究中通过抗压试验、冻融循环试验以及渗透系数测定，对普通透水混凝土、钢纤维透水混凝土、增强剂透水混凝土进行工作性能的分析与对比，得到增强剂和钢纤维分别对透水混凝土性能的影响结果。此外，根据试验结果，在现有工程基础上，利用MIDAS/GTS有限元软件对透水混凝土初衬以及普通混凝土初衬进行了衬砌及围岩孔隙水压、衬砌应力状态、渗流量三个方面的对比评价，得出将透水混凝土运用于隧道初衬具有很好的可行性与优越性。透水衬砌的运用具有广阔的应用前景，因此值得进行更加深入的研究。

关键词：渗漏水；防排水措施；隧道衬砌；透水混凝土；

Abstract

In the tunnel engineering, leakage will affect the service performance of tunnel and shorten its lifetime. As the existing waterproof and drainage measures are inefficient, this paper puts forward an idea that pervious concrete can be applied to lining. In this study, we made a kind of pervious concrete with the strength greater than 20Mpa and the permeability coefficient of 1 * 10^-3m/s in the laboratory, which met the standard. Next, we analyzed the performance of pervious concrete by doing compression test, freeze-thaw cycle test and permeability coefficient determination, and assess the influence of steel fiber reinforcedamp; fortifier on pervious concrete. Then, on the base of the test results and existing project, we used MIDAS/GTS finite element software to compare the difference between pervious concrete lining and ordinary concrete lining in there aspect which contain the pore water pressure, stress of lining and surrounding rock and permeability. Finally, it was found that the pervious concrete lining is superior to the ordinary concrete lining. In conclusion, the pervious concrete lining has broad application, it is worth for us to keep further studying.

Key words：Leakage; Waterproof and Drainage Measures; Lining; Pervious Concrete;

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 研究背景与目的 1

1.1.1 研究背景 1

1.1.2 研究目的 1

1.2 国内外现有防排水技术 2

1.2.1 防水法 2

1.2.2 排水法 3

1.2.3 截水法 3

1.2.4 堵水法 3

1.2.5 综合法-复合式衬砌防排水法 4

1.3 透水混凝土 5

1.3.1 路基路面工程中的透水混凝土 5

1.3.2 隧道工程中的透水混凝土 5

1.4 研究内容与难点、技术路线 6

1.4.1 研究内容与难点 6

1.4.2 技术路线 7

第二章 透水混凝土制备 9

2.1 原材料 9

2.1.1 水泥 9

2.1.2 集料 9

2.1.3 水 11

2.1.4 外加剂 11

2.2 配合比计算 11

2.2.1 配合比设计原则 11

2.2.2 配合比参数的选定 12

2.2.3 计算 15

2.3 成型与养护 16

2.3.1 搅拌 16

2.3.2 养护成型方法 17

第三章 透水混凝土工作性能试验 18

3.1 抗压强度 18

3.1.1 试验操作 18

3.1.2 结果分析 19

3.2 抗冻性能 20

3.2.1 试验操作 20

3.2.2 结果分析 21

3.3 渗透性能试验 22

3.3.1 试验操作 22

3.3.2 结果分析 23

3.4 本章小结 24

第四章 工程可行性评价 25

4.1 工程背景 25

4.2 模型建立 25

4.2.1 几何条件 26

4.2.2 材料参数 27

4.2.3 边界条件 27

4.3 结果评价 27

4.3.1 围岩及衬砌孔隙水压力 28

4.3.2 隧道初衬应力状态 30

4.3.3 隧道二衬应力状态 32

4.3.4 渗流量 33

4.4 本章小结 33

第五章 结论与展望 35

5.1 结论 35

5.2 展望 36

致谢 37

参考文献 38

绪论

研究背景与目的

研究背景

随着交通基础建设的大力发展，目前有大量的公路隧道和铁路隧道相继建成。但是由于建设过程中没有十分完善的方法，几乎所有隧道在整个服役期间都会出现各种大大小小的渗水。以至于在实际工程中有“十隧九漏”这个句子来影射隧道衬砌渗漏的普遍性。

据祝和权^[1]等描述，在山岭隧道建设中，渗漏病害具体症状有以下几种：结构漏水、涌水以及路面积水等。此外，寒区隧道的渗漏水还会进一步形成冰挂、冰柱、冰堆等冻害现象。显然，这些病害将会严重影响施工运营安全。首先，渗漏水会施工带来困难，并且还有安全方面的威胁。渗漏水会改变岩石的物理力学指标，削弱岩石的抗压、抗剪强度和自稳能力。倘若施工过程中不能得到完善解决，还有可能引发工程事故例如突涌。其次在运营阶段，渗漏水也会对结构稳定性、交通安全性以及使用环境产生负面影响。其一，渗漏水会诱发隧道结构腐蚀缺损，影响其受力性能。若隧道位于寒区，在冻融循环作用下，还会造成冻害，导致衬砌损坏。其二，侵入结构限界内部的地下水会导致路面出现积水，降低车轮与路面的摩擦系数，在寒冷季节水还会进一步导致路面结冰，给过往车辆带来极大的安全隐患。其三，渗漏会恶化隧道使用环境，降低内部设施的服役性能和服役年限，增加设施运营维护费用。

研究目的

渗漏水会威胁结构稳定，影响交通安全，恶化使用环境，增加运营成本。如何有效完成隧道防排水设计，是保证交通安全和隧道服役性能的重要条件。在“十三五”计划以及“一带一路”战略下，这意味着我国将有一大批中西部隧道需要建成，因此如何有效根治隧道渗漏水的问题迫在眉睫。

本研究将整合现有各项防排水技术的优缺点，在此基础上利用国内对透水混凝土的研究，将透水混凝土运用与隧道初衬的建设中，从而得到一种新型的山岭隧道防排水系统。此系统以透水混凝土初衬为核心，以“透水混凝土初衬-土工布-二衬”三圈层结构取代原有的“普通混凝土初衬-排水管道-防水层-土工布-二衬”五圈层结构。为此，首先要探讨透水混凝土作为隧道初衬的可行性。因此，本文目的是研究隧道透水混凝土的性能，评价透水混凝土作为隧道初衬的可行性，其可分解为：

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