本文是一篇建筑学论文，建筑学是研究建筑物及其周围环境的学科，它旨在总结人类建筑活动的经验，以指导建筑设计创作，构造某种体系环境等等。建筑学的内容通常包括技术和艺术两个方面。（以上内容来自百度百科）今天为大家推荐一篇建筑学论文，供大家参考。
第一章 绪 论
随着国内经济水平的快速发展，对路网建设的要求也越来越高，其中高速公路对地方经济的腾飞始终扮演着重要的角色。许多经济欠发达地区往往会因为一条高速公路的通车而使该处老百姓脱贫致富，隧道更是山区公路、铁路交通中必不可少的一部分。根据相关资料检索[1]，西部各省市已建或在建的隧道中，在石灰岩溶地区修建的隧道已占了其公路隧道总量的一半左右，其中富水岩溶地区发生的岩溶暗河、突水突泥等地质灾害已经对隧道的施工开挖和运营安全产生了严重的安全隐患。
1.1 选题的依据及研究意义
由于技术和经济的不断发展，高水压富水岩溶地区的隧道设计理念也在不断的发生变化，这种变化主要体现在我们对地下水处理的方式上。在我们国家隧道建设的初期，面对岩溶地区较高的水压环境，大多采取了“以排为主”的措施，之后经历了“以堵为主”，发展到现在“堵水限排”。初期“以排为主”的处理方法必然会被我们所淘汰，因为这种方式不仅会导致地下水流失，影响周边自然生态环境。而且对隧道周边居民取水自饮以及农田灌溉都带来影响。在新形势下“堵水限排”的理念逐渐得到了我们的重视。在西部地区高水压岩层中，我们通过合理布置衬砌的结构，在隧道初支和围岩之间施作注浆圈，同时在初期支护和隧道二衬之间安装防水板以及土工合成材料用以降低二衬承受的外水压力。在外水压力特别大的地区我们还会在初支和二衬之间安装排水系统为二衬减少水压力。地下水往往先是通过注浆堵水圈再而进入二衬外，然而由于排水系统的排导能力不同，在实际工程中二衬渗漏水事故的发生大多都是因为排水系统发生堵塞导致衬砌外局部承压，然后导致结构破坏。因此，在针对高水压条件下深埋公路隧道二衬安全性的学习中，专门着眼于二衬外水压力的研究就显得尤为重要。同时，结合国内外工程建设现状，通过借鉴国外发达国家的工程建设发展历程，我们应该看到目前我们土木工程领域所处的阶段。国外发达国家工程建设主要走过了三个阶段：第一阶段中主要为了满足生产力的发展而追求量；第二阶段中他们在兴建的同时，还要对老旧工程进行维修改造；现在发达国家大多进入了第三个阶段，他们把重心转移到了通过对既有建筑的监控量测，有针对性的对旧建筑进行维修改造。例如，作为北欧五国之一的瑞典 1983 年于工程领域中用在监测、维修加固的费用，达到了当年工程领域所花资金的一半。经过几十年长久的发展我们国家走过了粗犷地追求速度的阶段，现在正处于第二阶段和第三阶段之间，在修建新项目的同时也应该更加精细化的控制项目的施工和运营。这就给我们在高水压条件下针对深埋公路隧道二衬结构安全的监测预警提供了契机，通过对监测预警系统的深入认识，才能让我们有针对性的对隧道结构的长期安全提供帮助。
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1.2 国内外研究现状
当今，国内外大多数的岩溶富水地区隧道基本都是采用新奥法的原理进行设计施工，而其中主要采用的支护方式是包含二衬的复合式衬砌结构。但是由于一般普遍观点认为二次衬砌结构主要起到安全储备的作用，因此二次衬砌方面的研究一般较少。作为新奥法创始人之一的米勒教授曾认为二次衬砌是在初期支护基本稳定的情况下施作的，其主要作用为提高稳定性。日本的岩石力学专家大多都认为二次衬砌只是起到增加安全性的作用。半谷曾专门研究了复合式衬砌的二次衬砌，通过考虑初期支护与二次衬砌间的相互作用利用弹簧模拟实现的模型。崛地纪行曾分析研究了隧道二次衬砌的刚度问题，并用弹簧来模拟实现衬砌圆环间的接头，将环向压缩刚度及剪切刚度考虑其中。目前公路隧道的衬砌安全性研究概括起来，其方法主要为相似模拟试验法、现场试验法以及数值模拟分析法。但随着隧道研究内容的不断深化与发展，国内开始有许多的学者开始研究二次衬砌的受力等情况。许多专家曾对隧道的二次衬砌建立了地层结构计算方法的有限元模型，并研究了其内力随衬砌厚度和埋深的变化规律。上海交通大学杜守继教授[2]等人对高速公路软岩隧道下的复合式衬砌进行了FLAC 模拟分析，以研究衬砌的有关作用机理。之后又有学者深入的研究了复合式衬砌之中的荷载分配问题，提出了一些很有参考意义的结论。目前《公路隧道设计规范》中可以看出，在复合式衬砌中，I、II、III 级围岩中二次衬砌是作为安全储备作用的，并按构造要求设计即可，IV、V 级围岩中二次衬砌为承载结构作用的，可采用地层结构法计算其内力与变形。
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第二章 春天门隧道地质条件
2.1 工程概况
2.1.1 工程地理位置
春天门特长隧道位于重庆南川至两江新区高速公路上，地处重庆市巴南区的双河口镇及涪陵区新妙镇的交汇地带，进口位于新妙镇岔河村，距省道 S204 约1.4km，交通较为方便，项目出洞口位于双河口镇东侧，省道 S103 茶园至涪陵二级公路从隧道出口上方穿过，交通方便。对应里程桩号 K60+890 K67+350，隧道全长6460（单洞长度），进口标高 340.46m，出口标高 233.30m，最大埋深 420m，采用“人字坡”，为双向四车道高速公路隧道，按上下行分离式形式布置，设计时速80km/h，隧道净宽 10.25 5m。
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2.2 自然地质条件
2.2.1 水文、气象
该区属亚热带温湿气候，夏季炎热，年最高气温41.8℃，冬季无严寒，最低气温零下2.3℃，年平均气温18℃左右。年最大降雨量1415.8mm，最少降雨量为774.0mm，多年平均降雨量1000.00mm，日最大降雨量170mm。全年降雨日120～160天，5～9月降雨量占全年的60%以上，12月至次年2月降雨稀少，其降雨量仅占全年的15%左右。根据天池隧道、羊鹿山隧道水文长观测近年日最大降雨量分别为47.8mm（2013.7.15）、184.6mm（2009.6.20）、60mm（2010.7.9）、68.9mm（2011.6.19）、99.5mm（2012.5.21）、89mm（2008.7.22）。春、秋两季白雾笼罩，细雨绵绵，雾日70～200天。地表无常年性河流水系，由于灰岩区入渗系数差异性较大，故未获取其参数。根据相邻最近的雨量站（长寿雨量站）近2005-2010年的资料显示如下（图2-3降水量、蒸发量曲线图）本区属长江水系，长江为区内的最低侵蚀基准面。它们的一般特点是：丰水期为6到9月，枯水期为12月到3月，其中水位变幅大，径流途径短且流量小。现将主要水流叙述于下：长江：测区内标高150～170m。从工作区南侧径流，江面宽350～800m，属低弯型过境河流，据寸滩水文站资料，多年平均最高水位标高181.00m，平均最低水位标高158.50m，历史最高洪水位标高196.25m（1987年），洪、枯水位变幅30m，多年平均流量11308m3/s，50年一遇洪峰流量61100m3/s。油江河：油江河源头位于南川县土溪乡，自南向北流入区境增福乡，在两汇场与龙潭河汇流，入梨香溪，后在蔺市镇处汇入长江。全长61.3公里，流域面积366.2平方公里，落差568米，河口外年平均流量5.57立方米/秒。碎屑岩区域：受构造控制，碎屑岩区内横向冲沟发育，平面上多属树枝状水系，发育密度为200~1000m/条，山脊北西的地表水多数沿季节性冲沟直接汇入长江，南东的地表水汇入油江河。
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第三章 富水岩溶地区隧道二衬外水压力相关基础理论研究 ...21
3.1 复合式衬砌二衬外水压力形式 ..........21
3.2 地下水渗流基本理论 .......22
3.3 公路隧道水荷载模型结构 .............27
3.3.1 退化轴对称问题 .....27
3.3.2 深埋公路隧道水荷载解析解 ......27
3.4 复合式衬砌二衬水压力 .....31
3.5 高水压条件下隧道二衬局部承压分析 ....35
3.6 本章小结 ......37
第四章 春天门隧道高水压段二衬结构安全性分析 ...........39
4.1 隧道高水压段二衬抗水压结构设计 ......39
4.2 Ansys 计算原理 ...........40
.3 SK3 二衬局部受压安全性计算结果分析 .............44
4.4 不同厚度二衬安全系数计算结果综合分析 ...........55
4.5 本章小结 ......58
第五章 高压富水段隧道衬砌水压力监测预警研究 ...........59
5.1 隧道长期监测预警系统 ....59
5.2 监测仪器的选取及布置 .....62
5.3 工程实例分析 .............64
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5.4 隧道外水压自动泄压系统 ..............69
5.5 本章小结 ......70
第五章 高压富水段隧道衬砌水压力监测预警研究
在按照严格的设计、施工标准条件下建造的隧道工程，再加以合理的养护，理应具备良好的承重能力、耐久性以及相当长的使用寿命。但因为隧道结构所具有的独特性，在施工和运营过程中常常无法避免因为地质地形条件、气候因素以及设计、施工运营中很多因素的影响。导致各种形式的病害出现。特别是在高压富水段中我们大量采用的复合式衬砌结构，因为其结构复杂，在其身上产生的病害具有隐蔽性的特点，不容易发现也不容易维修。这些情况不仅导致隧道结构的稳定性遭到破坏，降低了安全性。同时也会使隧道失去其作为安全快速通道的功能。而且后期必然需要花费大量的维修资金，这就和我们修建隧道时的想法相背离。目前，我们可以在很多已建成的隧道中发现衬砌露筋、空洞、错台、二衬表面漏水等情况。特别是衬砌如果漏水的话，将导致正常行驶的路面湿滑，在昏暗的隧洞内还会因为车灯的光线产生反光效应，对隧洞内的驾驶员危害极大。根据对 5000 多个公路隧道的资料统计显示，大约占总数的三分之一的已建隧道存在着或多或少的结构裂缝和渗漏水的状况，隧道二衬的破损必然将对整个衬砌结构的稳定性带来严重的影响，降低衬砌结构的稳定性[62-65]。此时如果伴随着衬砌外存在高水压的话，那么原有衬砌裂缝会发展壮大，衬砌的损害将不可避免。我们如果不能及时监测到这些威胁并进行预警的话，轻则影响驾驶员的安全和减小隧道的使用寿命，严重的话隧道结构有可能发生坍塌。因此，我们迫切需要对衬砌水压力的监测预警展开研究。
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结论
本文以高水压条件下的深埋公路隧道为研究对象，通过结合工程实际，从理论出发，运用 Ansys 有限元软件进行分析研究，主要成果与结论如下：
（1）针对春天门隧道工程水文地质条件，通过对隧址区域可溶岩的大体发育情况进行梳理，然后对隧址区四个具有代表性的典型岩溶危险段进行调查研究，分析其岩性、地下水类型、地下水发育情况以及地下水补给通道等，让我们对隧址区高水压条件下深埋公路隧道建设环境有更清晰的认识。运用地下水动力学原理预测春天门隧道涌水量，以及典型岩溶富水段的外水压力值。最后发现二衬外水压预测值多处高于 1MPa，说明针对二衬安全性的研究非常迫切。
（2）从理论出发对富水岩溶地区隧道二衬外水压力进行实用化研究，先后证明了等效连续介质理论同样可以适用于块状裂隙岩体渗流问题，用简单的“荷载一结构物”模型代替复杂的“连续体计算模型”对衬砌结构进行模拟计算的可行性，此外对防水板以及土工材料破损等可能使二衬局部承受较高水压的情况进行剖析，证明研究二衬局部承受高水压状态的必要性。
（3）针对高水压条件下深埋公路隧道二衬安全性问题，我们首先对 SK3 型抗水压衬砌的不同位置承压状态进行模拟，得出不同水压大小下二衬的薄弱环节，对于拱底及两侧承压这种工况，其在低水压或者无水压状态下安全系数相对较高，但是随着施加到其身上的水压力的增大，安全系数下降较大。然后针对三种不同衬砌厚度的抗水压衬砌进行模拟，我们发现三种衬砌在四周承压状态下均能满足设计水压力值下对安全系数的要求，但是其他各部位在局部承压下出现不能满足安全性要求的情况。最后提出了针对高水压条件下二衬结构薄弱环节的一些设计建议，以及可以采取动态监控预防二衬遭受破坏。
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参考文献（略）
