淺坦暗挖水下隧道管棚作用機(jī)理及開挖的擾動效應(yīng)研究.pdf

1、21世紀(jì)是地下工程的世紀(jì)，隧道往往成為跨海和跨江河的首選穿越方案。傳統(tǒng)淺埋暗挖方法在水下隧道施工中遇到許多問題，成為隧道工程界的難點(diǎn)和熱點(diǎn)問題。本文結(jié)合長沙市科技計劃項(xiàng)目“水下軟巖隧道淺埋暗挖礦山法施工的關(guān)鍵控制技術(shù)開發(fā)應(yīng)用”、中鐵隧道集團(tuán)立項(xiàng)的科技攻關(guān)項(xiàng)目“淺埋暗挖水下隧道施工關(guān)鍵技術(shù)研究”和國家自然科學(xué)基金(50878213)，以瀏陽河水下隧道為背景，展開淺埋暗挖水下隧道管棚預(yù)支護(hù)作用機(jī)理、水滲流作用下開挖的擾動效應(yīng)研究。研究過程中

2、，針對隧道不同位置，即淺埋暗挖小間距段和分離段，分別展開研究。主要工作內(nèi)容為：
　　 1)對目前國內(nèi)外隧道管棚預(yù)支護(hù)理論進(jìn)行較系統(tǒng)的總結(jié)。結(jié)合水下隧道，研究管棚預(yù)支護(hù)作用機(jī)理及有待進(jìn)一步研究的問題。在此基礎(chǔ)上，運(yùn)用管棚預(yù)支護(hù)理論分析水下隧道淺埋暗挖中支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計參數(shù)；
　　 2)以連續(xù)地基梁理論為基礎(chǔ)，建立管棚支護(hù)結(jié)構(gòu)與圍巖相互作用模型；推導(dǎo)管棚結(jié)構(gòu)的撓度方程、轉(zhuǎn)角、彎矩方程及地基反力方程，建立了基于連續(xù)地基梁反力方程

3、的隧道開挖面邊坡穩(wěn)定評價模型。
　　 3)小間距隧道開挖的擾動效應(yīng)，即：
　　 (1)分析隧道在不同施工方法和不同開挖順序開挖后圍巖變形的空間效應(yīng)；
　　 (2)確定隧道開挖管棚支護(hù)后引起的圍巖變形的幅度和范圍；
　　 (3)找出隧道開挖最不利荷載工況和結(jié)構(gòu)薄弱部位，為施工方案的制定提供理論依據(jù)和決策支持；
　　 4)水下洞身淺埋暗挖段隧道開挖的擾動效應(yīng)，即：
　　 (1)從滲流連續(xù)性方程

4、和滲流運(yùn)動方程出發(fā)，在多孔介質(zhì)中的飽和滲流的基本方程的基礎(chǔ)上，并基于Biot固結(jié)理論，推導(dǎo)求解水下隧道圍巖與水耦合問題的滲流微分方程組及定解條件；
　　 (2)綜合考慮流固耦合效應(yīng)以及圍巖與管棚支護(hù)結(jié)構(gòu)共同作用，改進(jìn)了以往數(shù)值方法在反映隧道流固耦合效應(yīng)方面的不足，建立能同時反映巖土體力學(xué)特性和水體流動規(guī)律的流固耦合模型；
　　 (3)針對三維有限差分程序FLAC3D的流固耦合計算功能，系統(tǒng)研究FLAC3D求解流固耦合問題