【摘 要】
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随着中国经济平稳较快发展,对地区间的人力物资运输的时效性要求越来越高,海底隧道具有不受恶劣天气影响、不占用航道、占地少和结构耐久性好等特点,逐步成为人类跨海交通路线的首要选择。衬砌结构的封堵程度与围岩渗透率对海底隧道稳定性的影响一直是相关工程科研人员所关注的主要课题,本文以青岛地铁1号线海底隧道工程为研究背景,在深入分析现有研究成果的基础上,综合运用理论分析和数值模拟等方法,对衬砌结构的封堵程度与
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随着中国经济平稳较快发展,对地区间的人力物资运输的时效性要求越来越高,海底隧道具有不受恶劣天气影响、不占用航道、占地少和结构耐久性好等特点,逐步成为人类跨海交通路线的首要选择。衬砌结构的封堵程度与围岩渗透率对海底隧道稳定性的影响一直是相关工程科研人员所关注的主要课题,本文以青岛地铁1号线海底隧道工程为研究背景,在深入分析现有研究成果的基础上,综合运用理论分析和数值模拟等方法,对衬砌结构的封堵程度与围岩透水率对海底隧道稳定性的影响机理进行了系统的分析和研究。本文首先在海底隧道渗流场解析解的基础上,分析衬砌应力与自身封堵程度的关系,为后续研究建立理论支撑。然后以青岛地铁1号线为工程背景,利用FLAC3D数值模拟软件从衬砌与洞室围岩两个方面分析在流固耦合作用下不同封堵程度的衬砌结构与不同渗透率的围岩对海底隧道稳定性的影响。其中衬砌方面通过衬砌结构的应力与位移来判断衬砌结构的稳定性;通过应力来判断衬砌结构稳定性的方法是通过计算出拱顶、拱腰、拱脚与仰拱处的轴力和弯矩来判断其的安全系数;通过位移来判断衬砌结构稳定性的方法是计算拱顶沉降与拱脚收敛这两个参数来进行不同工况之间的比对;围岩方面通过洞室周边岩体的位移与塑性区的分布来分析其稳定性。通过研究发现,当衬砌的封堵程度越高时,衬砌结构各部位的安全系数越低,拱顶沉降与拱脚收敛越大,也就是对海底隧道稳定性越为不利。当围岩的渗透系数越大时,围岩自身的稳定性越差,表现为孔隙水压力增大,洞室周边岩体位移增大,塑性区扩展。同时当围岩渗透率越大时,衬砌封堵程度的改变对海底隧道稳定性的影响也越大。最后分析海底隧道在受到断层破碎带不同程度的影响下,衬砌结构的封堵程度对海底隧道稳定性的影响。通过研究发现,当海底隧道穿越断层破碎带时,会对海底隧道自身的稳定性产生较大的影响。受断层破碎带影响程度越大,衬砌结构各部位的安全系数就越低,拱顶沉降与拱脚收敛也越大,同时衬砌结构封堵程度的改变对海底隧道整体稳定性的影响也越大。本文通过对在不同特征的围岩下海底隧道衬砌结构封堵程度的改变对海底隧道稳定性的影响研究,对实际工程中在不同特征围岩下海底隧道的修建以及衬砌结构封堵程度的选择具有指导意义。
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