【碩士】海底隧道滲流場分析及施工數(shù)值模擬【2009】

內(nèi)容簡介

　　學(xué)科專業(yè)：城市軌道交通工程　　授予學(xué)位：工學(xué)碩士　　學(xué)位授予單位：中南大學(xué)　　學(xué)位年度： 2009年　　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，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。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)承受的荷載，如遇斷層破碎帶等不良地質(zhì)地段，隧道就會承受巨大的水壓力，有突水失穩(wěn)甚至坍塌被淹沒的危險。因此，本文對海底隧道建設(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，主要研究內(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)的滲流場分布計(jì)算公式，通過與數(shù)值解的對比分析，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7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，對青島膠州灣海底隧道涌水量作出了預(yù)測，指出了施工時可能發(fā)生較大涌水和突水的危險地段。采用數(shù)值模擬的方法，對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)了滲流、應(yīng)力聯(lián)合作用下圍巖處于彈塑性狀態(tài)時的塑性區(qū)半徑以及彈、塑性區(qū)內(nèi)的應(yīng)力、位移解，對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對隧道動態(tài)施工全過程進(jìn)行數(shù)值模擬，得出了圍巖位移場、應(yīng)力場、塑性區(qū)和初期支護(hù)內(nèi)力隨隧道開挖的變化過程，為同類工程設(shè)計(jì)和施工提供了一定的參考依據(jù)。　　

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