Experimental investigation on the mechanical properties of tunnel lining with the blocked longitudinal drainage pipe under rainfall conditions

LUO Dingwei; YANG Jian; WANG Bo; QIAN Wangping; XIONG Wenwei

doi:10.13409/j.cnki.jdpme.20240815005

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

Experimental investigation on the mechanical properties of tunnel lining with the blocked longitudinal drainage pipe under rainfall conditions

更新时间：2026-04-08

- Experimental investigation on the mechanical properties of tunnel lining with the blocked longitudinal drainage pipe under rainfall conditions
- Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering Pages: 1-10(2026)
- 作者机构：
  
  1.西南交通大学极端环境岩土和隧道工程智能建养全国重点实验室，四川成都 610031
  2.浙江景文高速公路有限公司，浙江杭州 310024
  3.中国矿业大学力学与土木工程学院，江苏徐州 221116.
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.13409/j.cnki.jdpme.20240815005
  CLC： U45
- Received：15 August 2024，
  
  Revised：2024-12-04，
  
  Online First：08 April 2026，
- 稿件说明：
移动端阅览
LUO Dingwei, YANG Jian, WANG Bo, et al. Experimental investigation on the mechanical properties of tunnel lining with the blocked longitudinal drainage pipe under rainfall conditions[J/OL]. Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering, 2026, 1-10.
DOI：

LUO Dingwei, YANG Jian, WANG Bo, et al. Experimental investigation on the mechanical properties of tunnel lining with the blocked longitudinal drainage pipe under rainfall conditions[J/OL]. Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering, 2026, 1-10. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.20240815005.

摘要

为了探明降雨条件与纵向排水管堵塞对岩溶隧道衬砌结构安全的影响，以浙江临建高速公路虎溪台隧道作为依托工程，采用室内物理模型试验方法对岩溶隧道在不同水头高度、纵向排水管不同堵塞程度时隧道衬砌力学性能进行研究，并进行不同降雨季节现场监测分析。研究结果表明：（1）溶腔水位下降速度随水头升高基本呈线性增长，但水头超过50cm后，增长速度减缓，隧道排水能力不能完全满足要求；（2）隧道排水量随水头升高而不断增大，其增长速度逐渐增加，且在达80cm水头后速度明显增大；（3）衬砌背后水压力与衬砌结构压应力均随水头升高而不断增大，且增长速度在超过50cm水头后显著增加，其增长率分别达到77.2%和39%；（4）排水管堵塞程度越大，衬砌背后水压力和衬砌结构压应力随水头高度的变化越敏感；相比纵向排水管低堵塞条件，完全堵塞时其水压和应力增长速率分别提高了27.6%和60.9%。该研究成果可为强降雨条件下岩溶隧道衬砌结构安全评估提供理论依据。

Abstract

To investigated the impact of rainfall conditions and longitudinal drain blockage on the lining structure safety of karst tunnels

the Hu-Xi-Tai Tunnel of Zhejiang Lin-Jian Expressway was used as a supporting engineering

the mechanical properties of the tunnel lining structure under different water head heights and longitudinal drain blockage degrees were investigated adopted by indoor physical model experimental methods

and the field monitoring analysis was carried out in different rainfall seasons. The results illustrate that: (1) The decline rate of the water level in the karst cavity increases almost linearly with the increase of water head height. However

when the water head exceeds 50cm

the increase rate slows down

indicating that the drainage capacity of the tunnel is insufficient. (2) The drainage volume continuously increases with the increase of water head height

and the increase rate gradually accelerates

particularly after reaching a water head of 80cm. (3) The water pressure behind the lining and the pressure stress of the lining structure both continuously increase with the increase of the water head height. Moreover

the growth rate significantly accelerates after surpassing a water head height of 50cm

with increases of 77.2% and 39% respectively. (4) The greater the degree of drainage pipe blockage

the more sensitive the change of water pressure behind lining and pressure stress of lining structure with the water head height. Compared to low blockage conditions of longitudinal pipe

the water pressure and pressure stress growth rates increase by 27.6% and 60.9% respectively when the longitudinal pipe is completely blocked. These research results can provide a theoretical basis for the safety assessment of lining structures of karst tunnels under heavy rainfall conditions.

关键词

Keywords

references

徐金华，周华求，熊文威，等 . 岩溶隧道排水系统不同堵塞条件下衬砌结构力学特性［J］. 长安大学学报（自然科学版）， 2024 ， 44 （ 01 ）： 91 - 104 .

Xu Jinhua ， Zhou Huaqiu ， Xiong Wenwei ， et al . Mechanical characteristics of lining structure under different blocking conditions of drainage system of karst tunnel ［J］. Journal of Chang'an University（Natural Science）， 2024 ， 44 （ 01 ）： 91 - 104 . （in Chinese）

叶飞，田崇明，何彪，等 . 在建隧道排水系统结晶堵塞试验［J］. 中国公路学报， 2021 ， 34 （ 03 ）： 159 - 170 .

Ye Fei ， Tian Chongming ， He Biao ， et al . Experimental study on scaling and clogging in drainage system of tunnels under construction ［J］. China Journal of Highway and Transport ， 2021 ， 34 （ 03 ）： 159 - 170 . （in Chinese）

源小梦，张佳华 . 深埋岩溶隧道掌子面突水灾害可靠性上限分析［J］. 防灾减灾工程学报， 2024 ， 44 （ 02 ）： 301 - 312 .

Yuan Xiaomeng ， Zhang Jiahua . Reliability Analysis of Water Inrush Disaster Prevention at Faces in Deeply Buried Karst Tunnels Based on Upper Bound Theory ［J］. Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering ， 2024 ， 44 （ 02 ）： 301 - 312 . （in Chinese）

方星桦，刘澍，陈维，等 . 软岩隧道围岩变形季节性特征与防控措施研究［J］. 防灾减灾工程学报， 2021 ， 41 （ 06 ）： 1331 - 1338 .

Fang Xinghua ， Liu Shu ， Chen Wei ， et al . Seasonal Characteristics of Surrounding Rock Deformation in Soft Rock Tunnel and Prevention Measures ［J］. Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering ， 2021 ， 41 （ 06 ）： 1331 - 1338 . （in Chinese）

邹育麟，何川，胡雄玉，等 . 富水区隧道合理防排水型式及注浆加固参数研究［J］. 防灾减灾工程学报， 2014 ， 34 （ 04 ）： 485 - 491 .

Zou Yulin ， He Chuan ， Hu Xiongyu ， et al . Study on Reasonable Waterproof and Drainage Pattern and Grouting Parameter of Rich Water Tunnel ［J］. Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering ， 2014 ， 34 （ 04 ）： 485 - 491 . （in Chinese）

申志军 . 基于长期监测的高水压岩溶隧道二次衬砌水压特征研究［J］. 铁道学报， 2015 ， 37 （ 11 ）： 110 - 116 .

Shen Zhijun . Study on characteristics of water pressure on the second lining for high water level karst tunnel based on long term monitoring ［J］. Journal of the China Railway Society ， 2015 ， 37 （ 11 ）： 110 - 116 . （in Chinese）

段海澎，陈发根，姚春江，等 . 岩溶区隧道结晶堵管现象及其诱发的风险问题浅析［J］. 土木工程学报， 2020 ， 53 （ S1 ）： 332 - 335 .

Duan Haipeng ， Chen Fagen ， Yao Chunjiang ， et al . The phenomenon of crystal pipe blocking in karst tunnel and its induced risk ［J］. China Civil Engineering Journal ， 2020 ， 53 （ S1 ）： 332 - 335 . （in Chinese）

万飞，李开军，王华牢，等 . 强降雨下岩溶隧道衬砌结构受力特征分析［J］. 中国公路学报， 2023 ， 36 （ 11 ）： 312 - 322 .

Wan Fei ， Li Kaijun ， Wang Hualao ， et al . Analysis of mechanical characteristics of karst tunnel lining structure under heavy rainfall ［J］. China Journal of Highway and Transport ， 2023 ， 36 （ 11 ）： 312 - 322 . （in Chinese）

Li Z ， Chen Z ， He C ， et al . Experimental simulation of seepage field distribution for small interval tunnel under varying-head infiltration ［J］. Transportation Geotechnics ， 2023 ， 41 （ 06 ）： .

尚海松，郑波，郭瑞 . 岩溶富水隧道水压变化引起的结构力学响应及防治措施［J］. 现代隧道技术， 2020 ， 57 （ S1 ）： 374 - 381 .

Shang Haisong ， Zheng Bo ， Guo Rui . Structural mechanical response caused by water pressure change of karst water-rich tunnel and prevention measures ［J］. Modern Tunnelling Technology ， 2020 ， 57 （ S1 ）： 374 - 381 . （in Chinese）

Xu Z ， Wang X ， Zhang C ， et al . Scaling and clogging treatment of aging tunnel drainage pipes in karst areas using eco-friendly acid agent ［J］. Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering ， 2023 ， 15 （ 4 ）： 896 - 910 .

陈武，曾鹏飞，何礼航，等 . 岩溶隧道排水管结晶堵塞除垢试验及数值模拟研究［J］. 铁道勘察， 2023 ， 49 （ 01 ）： 73 - 78 .

Chen Wu ， Zeng Pengfei ， He Lihang ， et al . Study on crystal clogging descaling test and numerical simulation of karst pipeline ［J］. Railway Investigation and Surveying ， 2023 ， 49 （ 01 ）： 73 - 78 . （in Chinese）

毛成君，杨蕴，吴剑锋，等 . 岩溶管道结晶堵塞水动力-化学反应耦合模拟对比研究［J］. 中国岩溶， 2023 ， 42 （ 02 ）： 245 - 256 .

Mao Chengjun ， Yang Yun ， Wu Jianfeng ， et al . Numerical simulation of crystallization blocking in tunnel drainage pipes based on dynamic mesh and level set ［J］. Carsologica Sinica ， 2023 ， 42 （ 02 ）： 245 - 256 . （in Chinese）

Arjnoi P ， Jeong J-H ， Kim C-Y ， et al . Effect of drainage conditions on porewater pressure distributions and lining stresses in drained tunnels ［J］. Tunnelling and Underground Space Technology ， 2009 ， 24 （ 4 ）： 376 - 89 .

Xu Q ， Zhang S ， Li P ， et al . Lining failure performance of highway tunnels induced by the drainage system deterioration ［J］. Engineering Failure Analysis ， 2023 ， 149 （ 06 ）： 107236 .

Zhang S ， Xu Q ， Yoo C ， et al . Lining cracking mechanism of old highway tunnels caused by drainage system deterioration： A case study of Liwaiao Tunnel， Ningbo， China ［J］. Engineering Failure Analysis ， 2022 ， 137 （ 06 ）： 106270 .

李林毅，阳军生，高超，等 . 排水管堵塞引起的高铁隧道结构变形与渗流场特征模拟试验研究［J］. 岩土工程学报， 2021 ， 43 （ 04 ）： 715 - 724 .

Li Linyi ， Yang Junsheng ， Gao Chao ， et al . Simulation tests on structural deformation and seepage field of high-speed railway tunnels under drainage clogging ［J］. Chinese Journal of Geotechnical Engineering ， 2021 ， 43 （ 04 ）： 715 - 724 . （in Chinese）

徐强，宋玉香，樊浩博，等 . 富水岩溶隧道衬砌结构水压力分布特征模型试验研究［J］. 中国铁道科学， 2022 ， 43 （ 04 ）： 74 - 83 .

Xu Qiang ， Song Yuxiang ， Fan Haobo ， et al . Model test study on water pressure distribution characteristics of lining structure in water-rich karst tunnel ［J］. China Railway Science ， 2022 ， 43 （ 04 ）： 74 - 83 . （in Chinese）

Bao T ， Zhang S ， Liu C ， et al . Experimental Study on the Effect of Hydraulic Deterioration of Different Drainage Systems on Lining Water Pressure ［J］. Processes ， 2022 ， 10 （ 10 ）： 1975 .

高新强，仇文革，孔超 . 高水压隧道修建过程中渗流场变化规律试验研究［J］. 中国铁道科学， 2013 ， 34 （ 01 ）： 50 - 58 .

Gao Xinqiang ， Qiu Wennge ， Kong Chao . Test study on the variation law of seepage field during the construction process of high water pressure tunnel ［J］. China Railway Science ， 2013 ， 34 （ 01 ）： 50 - 58 . （in Chinese）

Leng G-Y ， Yan W ， Ye H-M ， et al . Evaluation of the injection and plugging ability of a novel epoxy resin in cement cracks ［J］. Petroleum Science ， 2024 ， 21 （ 02 ）： 1211 - 1220 .

Views

下载量

CSCD

Alert me when the article has been cited

提交

Tools

Publicity Resources

Study on Evolution Patterns of Mechanical Properties of Tunnel Lining under Longitudinal Blind Pipe Blockage Conditions

Research on Stability of Transmission Tower Foundations in Collapsible Loess Areas under Continuous Heavy Rainfall Conditions

Mechanical Properties of River Dredged Soils Stabilized with Industrial Solid Waste‑based Geopolymer Binder

Study on Seawater Erosion Resistance of Cement‑Based Silica Grouting Material

Stability Assessment and Mechanics Response of Tunnels Subjected to Fire Load

Related Author

QIAN Wangping

XIONG Wenwei

XU Jinhua

WANG Bo

XIONG Zixu

YANG Songlin

LI Biao

CHU Mingyue

Related Institution

School of Mechanics and Civil Engineering, China University of Mining and Technology

Zhejiang Jiaotou Expressway Construction Management Co. Ltd

MOE Key Laboratory of Transportation Tunnel Engineering, Southwest Jiaotong University

Sanmenxia Electric Company, State Grid Henan Electric Power Company

College of Electrical Engineering and New Energy, China Three Gorges University

⁰