海底隧道圍巖穩(wěn)定性分析與控制研究.pdf

1、隨著我國交通事業(yè)的大發(fā)展,將有大批量的越江跨海通道投入建設,水下隧道已受到越來越多的關注。與山嶺隧道相比,跨海隧道通常具有地質勘探困難、單口連續(xù)掘進距離較長、襯砌結構受長期的動靜水壓力作用、防排水難度大、圍巖成拱作用較低、不良地質體段易發(fā)生涌水事故等特點,因此在海底隧道襯砌結構的設計和分析計算方面,將具有與一般隧道不盡相同的關鍵技術問題,亟待在設計中著重反映。論文研究以我國目前蓬勃發(fā)展的海底隧道為背景,以富水條件下隧道圍巖穩(wěn)定性及其控制

2、技術為研究重點,綜合采用理論解析、數(shù)值模擬、室內模型試驗和現(xiàn)場監(jiān)測等多種研究手段,主要開展了以下方面的研究工作:
　　 (1)基于彈性力學中厚壁圓筒承受均布壓力的拉梅解答和Mohr-Coulomb屈服條件,推導了考慮滲流場和圍巖超前位移釋放的含襯砌海底圓形隧洞的彈塑性解析公式。根據(jù)本文推導過程,可推演滿足其它屈服條件和流動法則的隧道圍巖應力與位移的彈塑性解答。同時結合一座海底隧道的工程實例,本文采用解析公式對圍巖塑性區(qū)范圍、應力

3、場、位移場和滲流場的分布進行了理論分析,得到了各場的分布規(guī)律和演化特點,并討論了海底隧道頂板厚度、海水深度、內水水頭、襯砌圍巖物理力學參數(shù)及其滲透性關系等因素的影響規(guī)律。
　　 (2)基于前人研究成果,針對暗挖海底隧道開挖面圍巖穩(wěn)定性問題,總結了極限分析上限法、楔形體模型、二維對數(shù)螺旋線模型,以及條分法模型等4種理論分析模型,并考慮了開挖面滑移體上部地層壓力等因素,對理論解析公式進行了修正。結合海底隧道工程實例,采用數(shù)值模擬方法

4、,與理論解析方法進行了對比分析,并討論了圍巖粘聚力、摩擦角、海水水位、超前注漿等因素的影響。
　　 (3)依托廈門翔安海底隧道,對穿越陸域全、強風化花崗巖段的地層變形進行了現(xiàn)場監(jiān)測,指出了產(chǎn)生地層大變形的力學機制,總結了拱頂沉降、海床沉降、地層水平變形、海床開裂隨隧道施工過程的發(fā)生、發(fā)展規(guī)律,并建立了它們之間的關系,提出通過易于監(jiān)測的隧道拱頂下沉量及收斂值判斷海床地層的完整性,實現(xiàn)對海床狀態(tài)的信息化控制。
　　 (4)采

5、用FLAC3D有限差分軟件模擬分析翔安隧道穿越海域F1風化深槽段的圍巖穩(wěn)定性,指出地下水的滲流作用對海底隧道的圍巖變形影響較大,由滲流引起的隧道圍巖變形在向上傳遞過程中折減較小,且超前導洞開挖對圍巖滲流場的影響作用最為直接和明顯,而相應的超前預支護、預注漿技術則是改善圍巖強度、剛度、滲透性的核心技術。
　　 (5)采用理論分析方法,建立了綜合考慮圍巖、注漿加固圈、初期支護和二次襯砌的海底隧道滲流場計算模型。依托廈門翔安海底隧道和