排水モードとアンチの研究

Scientific Reports volume 13、記事番号: 5354 (2023) この記事を引用

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メトリクスの詳細

トンネルの建設や滞留量の増加に伴い、従来の防水・排水システムでは多雨地域のトンネルのニーズを満たすことができなくなり、トンネル覆工の亀裂や漏水、さらには倒壊などの災害が頻繁に発生しています。 トンネルの安全な運営と維持管理を確保するために、本論文は数値シミュレーションと室内試験を通じて従来の防水および排水システムの特性を分析し、新しい排水構造を提案した。 円形の排水目隠し管を廃止し、防水板と二次ライニングの間に凸貝排水板を追加した構造です。 研究では、新しい排水システムにより、排水構造の詰まりやすい領域の水圧が大幅に低下することが示されています。 特別な表面放出モデルを使用すると、遮断された領域から遠く離れたライニングの外部水圧が通常のレベルに迅速に低下します。 また、防水板、排水板によって排水能力も異なります。 支持圧力が増加すると、排水能力が減少します。 ジオテキスタイルが最も減少し、次に毛細管排水板、次に凸型シェル排水板が減少します。 同時に、3つの材料の泥水排水試験の結果、凸殻型排水板が最も優れた耐汚泥性能を有することが判明した。 この論文の研究は、水の豊富なカルストトンネルの防水および排水構造の設計に有益な試みを提供し、トンネルの安全な運営と保守の保証を提供します。

カルストトンネルの建設が増えるにつれ、トンネル漏水の問題は無数のトンネル建設業者にとって大きな問題となっています。 トンネル水の漏洩は、ライニングの腐食、線路や部品の腐食、トンネル床の泥の沸騰などの現象を引き起こします。 これらはトンネルの運転環境を悪化させ、トンネル構造の耐久性を危険にさらします。 この例としては、貴陽・広州鉄道の高田トンネル、武漢・広州鉄道の虹橋トンネル、上海・昆明鉄道の小さな山岳トンネルなどがあります。 昆明・南江鉄道などでは高水圧による逆アーチの変形や損傷が発生し、深刻な経済損失をもたらしている。 建設プロセスと運営プロセスのいずれを考慮しても、トンネル地下水の処理はカルスト地域の構造安全性にとって最も重要な問題の 1 つです。 多くの学者がこの問題に関して関連する研究を行ってきました。

理論計算では、解析手法を用いて深部埋設高落差トンネル内の漏洩磁界分布を求めた1。 Harr の古典的な非ライニングトンネルの解決法に基づいて、実際の水文環境 (周囲の岩石、グラウトリング、およびライニングを完全なシステムとして考慮) と組み合わせて、浸透場水圧方程式が導出されました 2。 さまざまな解析解と数値解を比較し、解析解の信頼性を証明しました3。 浸透量を計算するための半理論的解析手法を提案した4。 理論解析、室内実験、現場測定により、高水位トンネルに適した構造形式と制御可能な排水方式を提案した5。 縮尺モデルを確立し、その結果、PWW 工法は排水条件下でライナーの水圧とひずみを低減できる一方、自由排水条件下では PWW 工法を使用したライナーひずみを約 30% 低減できることが示されました6。 7。 三次元数値モデルを確立したところ、トンネルヴォールト内の水圧は低く、逆アーチの水圧は高いことが判明した。 水分が豊富なカルスト トンネルの場合、半包絡モードおよび半排水モードを使用すると、逆アーチの中心に亀裂が入りやすくなります7。 動的水圧の作用下でのライニング水圧の進化則を研究し、逆アーチ水圧を低減するための最適化された排水スキームを提案し、止水と排水の効果を分析しました8。 拱北トンネルを例として、弾性半平面における浅水トンネル周囲の浸透によって引き起こされる有効応力を計算するための解析ソリューションが提案されました。 ライニングの背後に蓄積される高い水圧が水圧災害の主な原因です。 ライニング背後の水圧分布 9 を求めるために、軸対称解析法 10,11 を用いて、周囲の岩盤注入ライニング水圧の解析式とライニング水圧と透水係数の関係を導出した。 等角変換法に基づいて、定常浸透状態における円形トンネル覆工にかかる水圧の計算式を導出した12,13,14。 等方透水係数のもとでの円形トンネルの安定浸透のための流入水の解析解を確立した。 材料面15ではゴムガスケットの防水性能を4つの側面から検討16した。 スイス、オーストリアなどでは防水材としてポリエチレンやポリ塩化ビニルが使用されており、広く使用されていると述べた17。 複合防水・排水材を開発18,19。 新しいタイプの液状防水材（水系透水性結晶系）を導入し、吹き付けコンクリートや型枠コンクリートとの組み合わせの違いをミクロな視点で解析しました。 毛細管および凸型シェルの防水および排水ボードは、比較的新しい排水材料です20。 屋内排水試験と角度設定を実施して、砂質土壌の排水能力に及ぼす毛細管排水板の影響を調査し、抗シルト性能を調査しました。 結果は、路盤、法面、その他の構造物上にある毛細管排水ベルトの角度の値の範囲は 10°～15° が推奨されることを示しています21。 5種類の止水栓で耐水圧・耐久性試験を実施し、拱北トンネルの防水システムに適用しました。 構造最適化22の観点から、東天山トンネルに適した防水・排水設計コンセプト、すなわち「1ブロック、2排水、3予防」の施工技術を提案した23。 複合防水・排水システム（CWDS）を提案。 研究の結果、ブラインドパイプが詰まった場合、トンネル内の従来の排水システムの水圧は急速に上昇するのに対し、CWDS トンネルは効果的に排水して圧力を下げることができることが示されました24。 提案された構造の三重最適化対策と研究結果は、中国の高速道路トンネルの排水システムの設計、建設、保守において重要な指導的役割を果たすでしょう25。 排水管、防水膜、ジオテキスタイルからなる排水浸透モデルを開発しました。 この研究は、初期ライニング透水性と厚さ、円形排水管間の距離、ジオテキスタイルの透水係数の推定など、トンネルの防水および排水システムの最適設計に役立ちます26。 数値シミュレーションとモデルテストを通じて、3つの最適化された防水および排水スキームが研究されました。その結果、水が豊富なカルストトンネルに従来の防水および排水スキームが採用された場合、排水システムは逆アーチの水圧を効果的に低減できないことが示されました。トンネル。 逆アーチ底部に縦方向ブラインド排水管を追加した場合、削減率は 84% に達し、逆アーチ底部に中央排水溝を設置した場合は 96% まで増加した27。 トンネル底部に溜まった水を効率的に排出し、水圧の低減という目標を達成できる、鉄道トンネル底部の排水・減圧システムの新しいコンセプトを提案した28。 さまざまな防水および排水形式の下でライニング背後の水圧分布を研究し、防水板の最適な配置計画を提案しました29。 周囲の岩盤、補強リング、初期支持構造の強度と透水性を調整することで、防水・排水設計をアクティブにコントロールする新しいコンセプトを提案。 トンネルの水圧を積極的かつ合理的に下げるために 30、閉塞防止機能と水圧の自動解放機能を備えた特別に設計された排水システムを提案しました 31。