海底隧道合理顶板厚度的研究

【摘要】：海底隧道的岩石顶板厚度,对修建隧道的安全和费用起着重要的作用。合理岩石顶板厚度的确定是海底隧道修建中一项重要的研究课题,具有重要的理论和实践意义。本文选取胶州湾海底隧道LK5+650断面为研究对象,对这个问题进行研究。 (1)岩石力学试验结果表明：研究断面的基岩为坚硬岩石,并且得到了基岩的岩石物理力学参数。 (2)广泛收集和分析国内外海底隧道相关资料,总结出了确定岩石顶板厚度的经验方法：挪威经验法、日本最小用水量法、国内顶水采煤经验公式。通过工程类比分析,初步确定胶州湾海底隧道LK5+650断面的顶板厚度范围为28m-36.5m。 (3)在2种边界条件和11种不同的顶板厚度的工况下,运用FLAC3D软件对隧道进行涌水量分析。不透水边界计算出的渗流量偏小,透水边界计算出的渗流量偏大,将二者进行加权平均取值。结果表明：隧道涌水量大小与岩石顶板厚大致呈抛物线关系,涌水量存在一个最小值。最小涌水量所对应的岩石顶板厚度34m,结合工程类比法,岩石顶板厚度的取值范围为34m-36.5m。 (4)取10种不同的顶板厚度,运用FLAC3D软件围岩的稳定性进行数值模拟。结果表明：如果围岩稳定性判据选用主应力扰动范围,则各种工况条件下都能满足要求。以相邻2种工况同一位置的位移收敛和变化作为判据,分析表明岩石顶板厚度为34m是合理的。 (5)在顶板厚度取34m的基础上,进一步进行流-固耦合分析。结果表明：考虑渗流作用时,围岩的位移、主应力大小以及分布范围都有所增大,但是幅度很小,围岩仍是安全稳定的,因此岩石顶板厚度取34m是安全的。