摘要：为揭示复杂地应力下水平互层围岩铁路隧道底部变形机理,设计融合3D打印技术和复模工艺的精细化隧道模型,在实现隧道结构精度有效控制的同时可模拟隧底结构开裂情况,采用基于石膏相似材料的逐层浇筑方法制备水平软硬互层岩体,开展不同水平地应力下水平层状围岩隧道底部隆起变形规律的物理模型试验研究。研究结果表明:高水平地应力作用下隧底层状岩体呈层间分离和挠曲弯折破坏的隆起破坏特征,且隆起破坏区域会随水平地应力增大而向两侧及深部扩展;不同应力环境下隧道结构内力和隧底隆起变形有着显著差异,随水平地应力增大,衬砌两侧弯矩由向外逐步转为向内,仰拱中心处弯矩和轴力逐渐增大且处于整环衬砌的最大值,当侧压力系数K超过1.25时,隧底结构隆起显著增加,且隆起量值随K值增加较快,工程中应注意此类隧底隆起的预防及控制;高水平地应力作用下隧底层状岩体的隆起破坏是导致此类隧道底部隆起病害的根本原因。

摘要：隧道深埋中心水沟可有效减少富水地段仰拱高水压及其导致的隧底结构隆起问题。通过设计融合3D打印技术的隧道模型试验,探究了深埋水沟重要设计参数对隧道排水效能及结构安全性的影响规律,进一步地,给出深埋水沟重要设计参数的合理取值区间。研究结果表明:深埋水沟管径参数是影响隧道排水量、衬砌外水压力、结构位移的主导因素且存在阶段性影响规律,在0~0.8 m管径工况下,随着管径增长深埋水沟排水量增长明显,衬砌水压分布型式由“扇贝型”分布逐步转变为“桃型”分布,底部结构从整体显著隆起逐步转为轻微沉降状态,0.8~1.6 m管径工况下,随管径增长隧道排水总量、衬砌水压分布、底部结构位移维持基本稳定状态,兼顾其他控制因素,推荐类似工程中管径取值0.6~1.0 m;深埋水沟埋深参数并非是影响排水效能的主导因素,该参数选取时应从方便现场施工、保证排水效果、利于隧底稳定性等方面综合考虑。