长距离大体积有压箱涵渗漏影响分析及开挖修复研究

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我国疆域非常辽阔,南北方向相距约5500km,跨纬度约50°,东西方向相距约5500km,跨经度超过60°,所以在各种气候及地域影响下我国的降水量的区域分布非常不均匀,由东南向西北逐渐减少,由此导致了我国水资源在空间分布上及其不平衡。长江流域和长江以南的耕地面积仅占全国的36%,而水资源的数量却占全国的80%;黄河流域及黄河以北的水资源量仅占全国的8%,但是耕地面积却占全国的40%,由此可见水土资源的差距十分巨大,对我国的经济发展也造成了不均衡的影响。为了解决我国水资源由南到北不均衡的现状,南水北调工程应运而生,该工程采用明渠与地下箱涵相结合的输水方式将南方的水大量的运送至北方,但是箱涵只是正常的混凝土结构,在施工时或者外界原因下极有可能不能正常运行发生渗漏,渗漏不仅可能会污染箱涵内输送的纯净的水资源以及在箱涵的高水压作用下水资源大量流失,而且当大量水渗透入土体中也会使地基产生变形,极有可能进一步加剧箱涵的渗漏,假如箱涵附近存在建筑物,渗漏对箱涵附近的建(构)筑物也会产生不均匀沉降的不利影响甚至倒塌。由于地基不均匀沉降以及温度变化会影响箱涵结构的正常使用,所以每隔一段距离地下输水箱涵设置一条变形缝。变形缝由橡胶止水带及填缝材料泡沫板组成,止水带在使用过程中会发生老化破损导致箱涵产生渗漏,渗漏水使土体强度降低产生沉降,导致箱涵周围环境发生变化,该不均匀沉降进一步加剧渗漏。本文通过有限元软件采用三维流体-固体耦合数值模型对箱涵变形缝发生渗漏进行了数值分析,考虑不同的影响因素得到了渗漏后土体渗流场及位移场的变化特性,分析了渗漏水对土体的影响,对渗漏后需要进行修复的一系列施工作业单孔排空、单侧开挖及注浆修复进行了分析,得到结论如下:(1)分析了不同因素下对渗漏后土体渗流场及位移场的影响,计算结果表明,不同的因素都会对孔隙水压力增量值、地表沉降值有不同程度的影响,但对孔压增量分布范围、地表沉降槽宽度影响较小。渗漏所造成的土体有效应力及箱涵最大主应力变化较小,箱涵的位移变化与土体位移变化趋势协同发展;(2)分析了渗漏条件与非渗漏条件下单孔排空后箱涵最大主应力的变化,表明内水压力越大,排空后箱涵的正常使用安全越不能保证,若需要单孔排空应适当降低其他两孔的内水压力;(3)小尺寸的基坑开挖能小幅增长箱涵的最大主应力,且使箱涵产生小幅度的回弹;基坑的面积越大,箱涵应力增长越大、回弹量越大;基坑面积一定时,沿水流方向的基坑尺寸越大,基坑处的箱涵回弹量越大,远离基坑的箱涵回弹量基本不随着基坑长宽尺寸的变化而变化;在保证箱涵处于正常使用工作状态下基坑尺寸不应大于10m×10m。当基坑尺寸超过3m×3m时基坑不再稳定,必须进行支护处理;当遇到道路桥梁等特殊情况需要放坡开挖时应对箱涵进行保护,否则箱涵会发生破坏。(4)对箱涵进行注浆修复时,通过对注浆后箱涵结构应力变化进行分析,当渗漏位置位于底部时所需注浆压力较小,在顶部及侧墙处进行注浆时注浆压力大致相等,对橡胶止水带的应力变化进行分析确定注浆时注浆口不宜过于靠近橡胶止水带,在满足修复的前提下应远离止水带。
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