海底隧道滲流場(chǎng)分析及施工數(shù)值模擬.pdf

1、隨著地下工程施工工藝的發(fā)展和工程理論的逐步完善，海底隧道以其穩(wěn)定的交通量和不受天氣氣候影響的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，成為人們實(shí)現(xiàn)跨海交通運(yùn)輸?shù)氖走x方案。然而由于海底隧道所處環(huán)境的特殊性，與陸地隧道相比在設(shè)計(jì)和施工上都存在著更大的困難和風(fēng)險(xiǎn)。深水海洋地質(zhì)勘察難度大、成本高、準(zhǔn)確性低，較高的孔隙水壓力和滲透水壓力會(huì)降低圍巖的有效應(yīng)力，導(dǎo)致海水通過高滲透性地層或與開闊水面有渠道相連的地層大量流入，削弱隧道圍巖的成拱作用，降低地層的穩(wěn)定性，增大隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)承

2、受的荷載，如遇斷層破碎帶等不良地質(zhì)地段，隧道就會(huì)承受巨大的水壓力，有突水失穩(wěn)甚至坍塌被淹沒的危險(xiǎn)。因此，本文對(duì)海底隧道建設(shè)中的隧道涌水量、襯砌背后水壓力和施工力學(xué)特性三方面的有關(guān)問題進(jìn)行了探討，主要研究?jī)?nèi)容如下： （1）根據(jù)海底隧道的特點(diǎn)，在一定假設(shè)條件下，推導(dǎo)了海底隧道開挖后圍巖、注漿圈、襯砌內(nèi)的滲流場(chǎng)分布計(jì)算公式，通過與數(shù)值解的對(duì)比分析，驗(yàn)證了公式的正確性。 （2）推導(dǎo)了隧道涌水量計(jì)算公式，在此基礎(chǔ)上分析了隧道涌水量

3、與注漿圈、圍巖各參數(shù)的關(guān)系，得出了隧道涌水量與圍巖滲透系數(shù)、注漿圈滲透系數(shù)、注漿圈厚度及隧道覆蓋層厚度的關(guān)系曲線，并且對(duì)注漿圈參數(shù)的選取提出了建議。 （3）根據(jù)前面推導(dǎo)的襯砌內(nèi)滲流場(chǎng)分布計(jì)算公式，分析了隧道在“全封堵”和“限量排導(dǎo)”兩種防排水方式下襯砌背后水壓力與各量值的關(guān)系，得出了襯砌背后水壓力與圍巖、注漿圈的滲透系數(shù)、注漿圈厚度和隧道控制排水量大小的關(guān)系曲線，結(jié)果表明，在“全封堵”情況下，不論隧道注漿與否襯砌背后水壓力都不能

4、折減，而在“限量排導(dǎo)”情況下，襯砌背后水壓力隨隧道排水量的增大而減小，在允許排水量范圍內(nèi)，適當(dāng)?shù)卦龃笏淼琅艑?dǎo)系統(tǒng)的排水能力，可以顯著地減小襯砌背后水壓力。 （4）采用理論分析、經(jīng)驗(yàn)公式和數(shù)值模擬三種方法，對(duì)青島膠州灣海底隧道涌水量作出了預(yù)測(cè)，指出了施工時(shí)可能發(fā)生較大涌水和突水的危險(xiǎn)地段。采用數(shù)值模擬的方法，對(duì)青島膠州灣海底隧道襯砌外水壓力進(jìn)行了模擬，給出襯砌背后水壓力折減系數(shù)的建議值。 （5）根據(jù)彈塑性理論和滲流力學(xué)推導(dǎo)

5、了滲流、應(yīng)力聯(lián)合作用下圍巖處于彈塑性狀態(tài)時(shí)的塑性區(qū)半徑以及彈、塑性區(qū)內(nèi)的應(yīng)力、位移解，對(duì)比分析了隧道在考慮滲流影響和不考慮滲流影響的情況下圍巖的應(yīng)力、位移以及支護(hù)結(jié)構(gòu)特性的差異，研究表明，滲流作用惡化了圍巖的受力情況，增大了支護(hù)結(jié)構(gòu)的支護(hù)阻力，對(duì)圍巖穩(wěn)定性和支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力都是不利的。 （6）利用有限差分軟件FLAC3D對(duì)隧道動(dòng)態(tài)施工全過程進(jìn)行數(shù)值模擬，得出了圍巖位移場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)、塑性區(qū)和初期支護(hù)內(nèi)力隨隧道開挖的變化過程，為同類工程