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排水隧洞单层衬砌管片结构力学特性分析

摘要：深入探讨了排水隧洞单层衬砌管片结构的力学特性，基于实际工程案例，通过理论分析与数值计算，系统研究了不同工况下单层衬砌管片的受力性能，包括隧洞结构设计、接缝防水方案，以及典型断面的结构受力计算。结果表明，450mm厚度的单层衬砌管片结构在施工期和运营期均能满足结构受力要求，并且运营期内水压力对结构具有有利影响。还通过对比分析，揭示了单层衬砌与双层衬砌结构在力学性能上的差异，为排水隧洞设计提供了理论依据和技术支持。

关键词：排水隧洞单层衬砌管片结构力学特性

中图分类号：TU992.23

MechanicalCharacteristicAnalysisofSingle-LayerLiningSegmentStructureinDrainageTunnel

CHENFei1，2LIUYuhang1，2MEIRuofei1，2

Abstract：Thisarticledelvesintothemechanicalcharacteristicsofthesingle-layerliningsegmentstructurefordrainagetunnels.Basedonpracticalengineeringcases，itsystematicallyinvestigatesthestressperformanceofsingle-layerliningsegmentsundervariousworkingconditionsthroughtheoreticalanalysisandnumericalcalculations，includingtunnelstructuraldesign，jointwaterproofingschemes，andstructuralstresscalculationsfortypicalcross-sections.Theresultsindicatethatthe450mm-thicksingle-layerliningsegmentstructuremeetsthestructuralstressrequirementsduringboththeconstructionandoperationphases，withwaterpressurehavingafavorableimpactonthestructureduringtheoperationphase.Throughcomparativeanalysis，italsorevealsthedifferencesinmechanicalpropertiesbetweensingle-layeranddouble-layerliningstructures，providingtheoreticalfoundationsandtechnicalsupportforthedesignofdrainagetunnels.

KeyWords：Drainagetunnel;Single-layerlining;Segmentstructure;Mechanicalcharacteristics

排水隧洞工程作为城市基础设施的重要组成部分，承担着排水、防洪及保护地下水资源的关键任务。随着工程技术的发展，单层衬砌管片结构因其施工便捷、成本相对较低等优点，在排水隧洞工程中得到了广泛应用。单层衬砌管片结构的力学特性及其接缝防水效果直接关系到隧洞的整体性能和长期稳定性。旨在深入分析单层衬砌管片结构的力学特性，探讨其接缝防水方案的有效性，并评估单层衬砌结构在不同工况下的适用性，为排水隧洞工程的设计、施工和维护提供理论依据和技术支持。

1排水隧洞单层衬砌结构设计

1.1隧洞结构设计概述

在排水隧洞的设计中，隧洞内径根据实际需求及地质条件设定为5.7～6.1m不等，以满足不同区段的排水需求。为确保隧洞结构的整体稳定性，隧洞外径被设定为7.0m。管片厚度作为承受外部荷载的主要构件，设计为450mm。隧洞横断面图直观地展示了单层衬砌管片结构的布局与尺寸关系[1]。从横断面图中可以看出，管片之间通过特定的连接方式紧密拼接，形成完整的隧洞结构。隧洞顶部及两侧均预留有足够的空间，以应对可能的沉降及变形。

1.2接缝防水方案设计

在排水隧洞的单层衬砌管片结构设计中，设计采用了双层弹性密封垫以实现外阻外渗和内防内漏的双重防水效果；使用聚硫密封胶填充管片嵌缝，因其强黏结力、耐水性和抗老化性能，能有效密封微小缝隙；微膨胀砼封堵螺栓手孔在凝固时微膨胀，紧密贴合管片，形成致密的防水层

2排水隧洞单层衬砌结构设计讨论

2.1单层衬砌管片结构的优势与局限性

在隧洞内径变化不大的情况下，如隧洞末端内径保持5.7m不变，而大部分区段内径增大至6.1m，这种设计调