近日，同济大学工程风险研究团队张冬梅教授、卜祥洪博士研究生和逄健硕士等在《Journal of Zhejiang University-SCIENCE A》期刊上发表了题为“Soil effect on the bearing capacity of a double-lining structure under internal water pressure”的研究论文，报道了围岩-双层衬砌联合承载能力的最新研究成果。

文章链接: https://doi.org/10.1631/jzus.A2200215

近年来，盾构法由于其施工快捷、对环境扰动小已被广泛应用于输水隧洞工程。为了提高盾构隧道承载内水压能力，工程中往往采取施作内衬形成双层衬砌结构型式，如南水北调中线穿黄工程、珠江三角洲水资源配置工程等。以往研究学者较多针对盾构隧道双层衬砌自身承载能力开展研究，分析内外衬接触面施作形式对双层衬砌力学行为的影响。然而，内水压作用下围岩不仅是荷载的提供者，更与双层衬砌共同承担内水压力，既有相关研究中大多忽略了围岩的承载作用，无法合理评估双层衬砌承载能力与受力变形特性。基于此，本文开展了双层衬砌内水压承载模型试验并建立了围岩-双层衬砌联合承载解析计算方法，系统了揭示围岩-双层衬砌共同承载特性。

本文的研究思路如下：首先，考虑内水压作用下双层衬砌受拉特性及围岩条件，合理设计了双层衬砌模型及其试验装置，开展了不同围岩条件下双层衬砌内水压承载模型试验研究（图1）。然后，通过模型试验数据分析确定了围岩和双层衬砌内水压承载比例，分析了不同围岩条件下双层衬砌承载能力（图2），揭示了围岩条件对双层衬砌内水压受力变形特性的影响规律。最后，构建了考虑围岩-双层衬砌联合承载的解析计算方法，揭示了围岩承载比例随围岩弹性模量的变化规律（图3），提出了基于承载比例的内衬厚度优化设计方法。

图1 内水压承载模型试验加载设备

图2 不同围岩条件下围岩承载比例

图3 围岩承载比例随围岩弹性模量变化

本文通过模型试验研究了不同围岩条件下双层衬砌内水压承载能力，建立了围岩-双层衬砌联合承载解析计算方法。研究结果表明，内水压作用下，围岩承载能力与围岩弹性模量和衬砌变形状态相关。当双层衬砌未开裂时，砂性土围岩承担3.7%的内水压，而围岩为强风化岩石时分担比上升至10.4%；双层衬砌开裂后，围岩承受内水压方面起着更重要作用。砂性土和强风化岩石的分担比分别为10.5%和27.8%。研究结果表明实际隧道设计中应合理考虑围岩承载内水压能力的影响。本文系统揭示了围岩-双层衬砌联合承载机理，相关研究成果可以为高内水压输水隧道围岩-双层衬砌共同承载设计方法提供支撑，具有重要的理论意义与工程实用价值。

文献格式

Zhang, D., Bu, X., Pang, J., et al. (2022). Soil effect on the bearing capacity of a double-lining structure under internal water pressure. Journal of Zhejiang University SCIENCE A, 2200215.

撰稿：卜祥洪

编辑：程瑞松