Etude sur le mode drainage et anti

Jul 14, 2023

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 5354 (2023) Citer cet article

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Avec l'augmentation de la construction et de la rétention de tunnels, les systèmes traditionnels d'étanchéité et de drainage se sont révélés incapables de répondre aux besoins des tunnels dans les zones de fortes précipitations, et des catastrophes telles que des fissures, des fuites et même des effondrements du revêtement du tunnel se produisent fréquemment. Afin de garantir l'exploitation et l'entretien en toute sécurité des tunnels, cet article analyse les caractéristiques du système d'étanchéité et de drainage traditionnel et propose une nouvelle structure de drainage par simulation numérique et tests en intérieur. Cette structure supprime le tuyau aveugle de drainage circulaire et ajoute une plaque de drainage à coque convexe entre le panneau étanche et le revêtement secondaire. La recherche montre que le nouveau système de drainage réduit considérablement la pression de l'eau dans la zone facilement obstruée de la structure de drainage. Avec le modèle spécial d'évacuation en surface, la pression de l'eau externe du revêtement éloigné de la zone bloquée peut rapidement retomber au niveau normal. De plus, la capacité de drainage des différents panneaux imperméables et drainants est différente. Avec une augmentation de la pression d'appui, la capacité de drainage diminue ; c'est le géotextile qui diminue le plus, suivi du panneau de drainage capillaire puis du panneau de drainage à coque convexe. Dans le même temps, après le test de drainage des eaux boueuses des trois matériaux, il s'avère que la plaque de drainage de type coque convexe présente les meilleures performances anti-boue. Les recherches présentées dans cet article constituent une tentative bénéfique pour la conception de la structure d'étanchéité et de drainage d'un tunnel karstique riche en eau, et fournissent une garantie pour l'exploitation et l'entretien sûrs du tunnel.

Avec la construction de plus en plus de tunnels karstiques, le problème des fuites dans les tunnels est devenu un problème majeur pour d'innombrables constructeurs de tunnels. La fuite d'eau du tunnel provoquera une corrosion du revêtement, une corrosion des voies et des pièces, une ébullition de la boue du lit du tunnel et d'autres phénomènes ; ceux-ci aggravent l'environnement d'exploitation du tunnel et mettent en danger la durabilité de la structure du tunnel. Des exemples en sont le tunnel Gaotian du chemin de fer Guiyang-Guangzhou, le tunnel Hongqiao du chemin de fer Wuhan-Guangzhou et le petit tunnel de montagne du chemin de fer Shanghai-Kunming. Des déformations d'arche inversées et des dommages causés par la haute pression de l'eau se sont produits sur la voie ferrée Kunming-Nanjiang et à d'autres endroits, entraînant de graves pertes économiques. Qu’il s’agisse du processus de construction ou d’exploitation, le traitement des eaux souterraines des tunnels est l’une des questions les plus importantes pour la sécurité des structures dans les zones karstiques. De nombreux chercheurs ont mené des recherches pertinentes sur cette question.

En termes de calculs théoriques, nous avons obtenu la distribution du champ de fuite dans un tunnel à haute chute profondément enfoui en utilisant la méthode analytique1. Basée sur la solution classique de Harr d'un tunnel sans revêtement, combinée avec l'environnement hydrologique réel (en prenant la roche environnante, l'anneau d'injection et le revêtement comme un système complet), l'équation de la pression de l'eau du champ d'infiltration a été dérivée2. Comparé diverses solutions analytiques et numériques et prouvé la fiabilité de la solution analytique3. Proposition d'une méthode d'analyse semi-théorique pour calculer les infiltrations4. Grâce à une analyse théorique, des essais en intérieur et des mesures sur le terrain, la forme structurelle et le schéma de drainage contrôlable adaptés à un tunnel à niveau d'eau élevé ont été proposés5. Établissement d'un modèle à l'échelle et les résultats ont montré que la méthode PWW peut réduire la pression de l'eau et la déformation du revêtement dans des conditions de drainage tandis que, dans des conditions de drainage libre, la déformation du revêtement utilisant la méthode PWW peut être réduite d'environ 30 %6, 7. Un modèle numérique tridimensionnel a été établi et il a été constaté que la pression de l'eau dans la voûte du tunnel était faible et que la pression de l'eau de l'arche inversée était élevée. Pour les tunnels karstiques riches en eau, le centre de l’arc inversé était facile à fissurer en mode semi-enveloppant et semi-drainant7. Étudier la loi d'évolution de la pression de l'eau du revêtement sous l'action de la pression dynamique de l'eau, proposer un schéma de drainage optimisé pour réduire la pression de l'eau de l'arche inversée et analyser l'effet de la prévention et du drainage de l'eau8. En prenant comme exemple le tunnel de Gongbei, une solution analytique a été proposée pour calculer la contrainte effective provoquée par l'infiltration autour d'un tunnel en eau peu profonde dans un demi-plan élastique. La pression élevée de l’eau accumulée derrière le revêtement est la principale cause des catastrophes liées à la pression de l’eau. Afin de déterminer la répartition de la pression de l'eau derrière le revêtement9, nous avons déduit la formule analytique de la pression de l'eau du revêtement de coulis dans la roche environnante et la relation entre la pression de l'eau du revêtement et le coefficient de perméabilité en utilisant la méthode d'analyse axisymétrique10,11. Sur la base de la méthode de transformation conforme, la formule de calcul de la pression de l'eau sur un revêtement de tunnel circulaire dans un état d'infiltration stable a été dérivée12,13,14. Établissement de la solution analytique de l'afflux d'eau pour l'infiltration stable d'un tunnel circulaire sous un coefficient de perméabilité isotrope. En termes de matériaux15, nous avons étudié les performances d'étanchéité des joints en caoutchouc sous quatre aspects16. Il a été indiqué que la Suisse, l'Autriche et d'autres pays utilisent le polyéthylène et le chlorure de polyvinyle comme matériaux imperméables et qu'ils sont largement utilisés17. Développement de matériaux composites imperméables et drainants18,19. Introduction d'un nouveau type de matériau d'étanchéité liquide (un type cristallin perméable à base d'eau) et analyse des différences entre la combinaison de ce matériau et du béton projeté et du béton de coffrage, d'un point de vue microscopique. Les panneaux d’étanchéité et de drainage à coque capillaire et convexe sont des matériaux de drainage relativement nouveaux20. Étudier l'influence du panneau de drainage capillaire sur la capacité de drainage d'un sol sableux en effectuant des tests de drainage intérieur et en définissant un angle pour étudier ses performances anti-envasement. Les résultats montrent qu'il est recommandé que la plage de valeurs de l'angle de la ceinture de drainage capillaire sur le sol de fondation, la pente et d'autres structures soit comprise entre 10° et 15°21. Nous avons effectué des tests de résistance à la pression de l'eau et de durabilité sur cinq waterstops différents et les avons appliqués au système étanche du tunnel Gongbei. En termes d'optimisation structurelle22, a proposé un concept de conception d'étanchéité et de drainage adapté au tunnel de Tianshan Est : la technologie de construction de « un bloc, deux drainages et trois préventions »23. Proposition d'un système composite d'étanchéité et de drainage (CWDS). Les résultats de la recherche ont montré qu'en cas de blocage aveugle des canalisations, la pression de l'eau du système de drainage traditionnel dans un tunnel augmente rapidement, tandis que le tunnel CWDS peut efficacement drainer et réduire la pression24. Les triples mesures d'optimisation proposées de la structure et les résultats de la recherche joueront un rôle directeur important dans la conception, la construction et l'entretien des systèmes de drainage des tunnels routiers en Chine25. Développement d'un modèle d'infiltration de drainage comprenant des tuyaux de drainage, des membranes imperméables et des géotextiles. Cette étude est utile à la conception optimale des systèmes d'étanchéité et de drainage des tunnels, comme l'estimation de la perméabilité et de l'épaisseur initiales du revêtement, la distance entre les tuyaux de drainage circulaires et la conductivité hydraulique des géotextiles26. Grâce à une simulation numérique et à des tests sur modèles, trois schémas d'étanchéité et de drainage optimisés ont été étudiés. Les résultats ont montré que, lorsque des schémas d'étanchéité et de drainage conventionnels sont adoptés pour des tunnels karstiques riches en eau, le système de drainage ne peut pas réduire efficacement la pression de l'eau au niveau de l'arche inversée de le tunnel. Lorsqu’un tuyau de drainage longitudinal aveugle a été ajouté au bas de l’arc inversé, le taux de réduction a atteint 84 % et lorsque le fossé de drainage central a été installé au bas de l’arc inversé, il a augmenté à 96 %27. Proposition d'un nouveau concept de système de drainage et de réduction de pression au fond d'un tunnel ferroviaire, capable d'évacuer efficacement l'eau accumulée au fond du tunnel et d'atteindre l'objectif de réduction de la pression de l'eau28. Etude de la répartition de la pression de l'eau derrière le revêtement sous différentes formes d'étanchéité et de drainage, et proposition du plan d'implantation optimal du panneau étanche29. Proposition d'un nouveau concept pour contrôler activement la conception de l'étanchéité et du drainage en ajustant la résistance et la perméabilité de la roche environnante, de l'anneau de renforcement et de la structure de support initiale. Afin de réduire activement et raisonnablement la pression de l’eau du tunnel30, il a été proposé un système de drainage spécialement conçu avec antiblocage et libération automatique de la pression de l’eau31.