水荷載是水工隧道最主要的荷載,水工隧道中襯砌水荷載一般包括內(nèi)水壓力和外水壓力兩部分,二者作用對象均為襯砌,水壓力是和有壓力水工隧道中的內(nèi)水壓力相對而言的,而對無壓力水工隧道和剛建成未經(jīng)使用的水工隧道,一般不存在內(nèi)水壓力,故其襯砌水荷載與外水壓力指的是同一概念。通常所稱的內(nèi)水壓力是作用于襯砌內(nèi)緣的面力,外水壓力則為作用于襯砌外緣的面力。嚴格來說,僅當(dāng)襯砌不透水時,水對襯砌的作用力才是表面力。由于混凝土襯砌是透水的,因此水對襯砌的作用是滲流體積力。當(dāng)襯砌與巖土介質(zhì)接觸面形成間隙,作用于襯砌內(nèi)的滲流體積力可近似用襯砌內(nèi)外緣的水壓力代替,襯砌外緣的水壓力稱之為外水壓力。對于深埋水工隧道,天然的地下水位線與水工隧道軸線之間的高差很大,從而形成相對較大的襯砌外水荷載。
由于巖土介質(zhì)和襯砌都是透水介質(zhì),當(dāng)隧道襯砌和巖土介質(zhì)緊密結(jié)合時,可以認為地下水的滲流運動是連續(xù)的,不僅存在于巖土體中,同時也存在于襯砌中,其力學(xué)作用可以理解為一種體積力,當(dāng)襯砌不透水或滲透性極小,并與巖土介質(zhì)結(jié)合不緊密時,地下水從巖土介質(zhì)中滲出,而以全部接觸面積作用于襯砌-巖土體脫離外表面時,體積力轉(zhuǎn)化為邊界力。隧道開挖完成后,隧道內(nèi)水壓力較小或水壓力為零,這時地下水向隧道內(nèi)滲透而形成滲流場。在地下水位線以下的空間,每一點都作用有與水力梯度成正比的滲透體積力荷載。在不少情況下,襯砌與巖土介質(zhì)脫離,在巖土介質(zhì)中的滲透體積力將不能對襯砌應(yīng)力產(chǎn)生影響,襯砌就成為承受外水壓力的獨立結(jié)構(gòu),正因為如此,外水壓力的大小,或外水壓力折減系數(shù)仍是水工隧道設(shè)計中的一個重要參數(shù);國家大力發(fā)展交通水利事業(yè),當(dāng)山區(qū)鐵路、公路跨越山嶺時,越嶺隧道方案被大量采用,公路隧道或水工隧道等越江(河) 或海底等深埋隧道的高水壓力和突、涌水則成為亟待解決的問題。因此對隧道襯砌外水壓力的計算方法進行研究具有很重要的應(yīng)用價值。論述了國內(nèi)外隧道工程計算外水壓力的方法,希望對地下水的外水壓力的確定提
