数值方法确定海底隧道最小岩石覆盖厚度研究

目前国内正在修建或拟修建多条海底隧道,其中最小岩石覆盖厚度直接制约着海底隧道的安全和造价。本文根据国内外有关文献资料,探讨了利用数值方法确定海底隧道最小岩石覆盖厚度的方法,应用断裂损伤有限元和国际通用数值分析软件,根据隧道在同一剖面处不同底板线位置,隧道上方同一个点的位移收敛情况,建立了确定海底隧道最小覆盖厚度的位移收敛法。通过对国内2条海底隧道开展的研究,其中一条已开始施工,总结出了数值方法确定最小岩石覆盖厚度的思路和过程。为定量确定海底隧道最小岩石覆盖厚度建立了数值分析基础,最后应用数值方法确定某海底隧道最小岩石覆盖厚度。     

隧道涌水量解析公式在海底隧道工程应用研究

基于隧道涌水量解析公式,从隧道涌水量的角度出发考虑确定海底隧道的最小岩石覆盖厚度.通过对解析公式的微分变换,得到隧道涌水量取最小值时,岩石覆盖厚度的计算公式,并根据该公式计算得到对应不同海水深度、不同隧道等效半径的最小岩石覆盖厚度表.采用该法选择青岛胶州湾海底隧道部分典型剖面最小岩石覆盖厚度的经验表明,对海底隧道基岩裸露,地层岩性变化较小的情况,采用隧道涌水量解析公式变化得到的计算岩石覆盖厚度的计算公式,计算海底隧道的最小岩石覆盖厚度是可行的.同时该方法对以后相似地质条件的海底隧道确定最小岩石覆盖厚度具有一定的参考意义.     

舟山灌门水道隧道最小岩石覆盖厚度研究

总结了确定海底隧道最小岩石覆盖厚度常用的方法,并分析了各种方法的适用条件.基于大量弹塑性海底隧道稳定性数值分析,提出了最小岩石覆盖厚度的最小位移法判据.根据舟山灌门水道隧道地质勘察报告,选择海底深槽和钻孔位置5个控制性分析断面.分别依据上述各种方法确定了舟山灌门水道隧道拱顶曲线,最后给出了各个分析断面的最小岩石覆盖厚度建议值.     

某海底隧道岩石覆盖厚度及选线方案优化研究

通过对国内外海峡海底隧道的调研分析,归纳得到三种确定最小岩石覆盖厚度的方法-挪威经验公式法、日本最小涌水量预测法以及国内顶水采煤经验法.利用上述三种方法,对象山港某海底隧道的最小岩石覆盖层厚度进行工程类比.综合考虑三种方法的分析结果,结合隧道地质条件,获得最优的岩石覆盖厚度.结合隧道海底的地形及地质条件,选择一个剖面作为控制剖面,根据隧道的设计坡度分别得到隧道底板线的位置及各个剖面在设计坡度下的岩石覆盖厚度,并与工程类比厚度比较.分析比较结果,调整隧道底板线部分的坡度,使得隧道在满足安全的条件下,得到最短的隧道线路,决定该海底隧道的最优选线方案.     

跨海公路隧道岩石覆盖厚度探讨

在特殊的地质环境条件下,建设海底隧道无疑是最安全经济、路线最短的方案。自从1936年第1条海底隧道--日本关门隧道开始建造以来,在世界各地,已有近百条海底隧道相继建设,海底隧道的设计与施工,还有许多技术问题丞待解决。结合我国拟建厦门海底隧道的工程实际,探讨了国内外海峡海底隧道工程的特点及其最小岩石覆盖层厚度的问题;结合世界上已建海底隧道的工程经验,应用经验类比法和数值分析法,研究厦门海底隧道的岩石覆盖厚度。研究成果将对我国未来的海峡海底隧道修建工程有所借鉴。     

海底隧道岩石覆盖层厚度基于群组的层次分析决策方法

最优化技术在决策分析中占着极重要的位置。层次分析法(AHP)是将决策总是有关的元素分解成目标、准则、方案等层次,在此基础之上进行定性和定量分析的决策方法。基于群组层次分析法的评价指标体系设计方法,它既能体现层次分析法(AHP)的优点,又能较好地弥补层次分析法AHP法的不足。本文以厦门海底隧道为工程背景,就海底隧道埋深提出了基于群组层次分析法。拟请一组专家对影响海底隧道厚度的因素进行评价,根据专家的判断能力,给出判断力权值,得到最小岩石覆盖厚度的重要性因子,给出不同方法的权值,经加权分析后最终确定最小岩石覆盖厚度。     

海底隧道最小安全顶板厚度优化决策研究

合理地确定海底隧道顶板厚度是修建海底隧道的关键技术之一.隧道的最小安全顶板厚度在一定程度上决定海底隧道的长度,从而影响海底隧道修建的成本.海底隧道顶板厚度是控制隧道经济性指标的一个重要因素,但是如果隧道顶板厚度太小,在海底隧道施工时,围岩破坏或松动形成导水裂隙带,有可能波及到上部水体,甚至运营后可能发生大量渗水.因此,在决定隧道最小安全顶板厚度时就存在一个优选问题.笔者正是基于此,在综合考虑经济、安全两方面的因素,借助工程选优手段,研究了决策海底隧道的最小安全顶板厚度的方法,为今后海底隧道的顶板厚度的确定提供了思路.     

海峡海底隧道及其最小岩石覆盖厚度问题

主要根据国外有关文献资料,探讨了海峡海底隧道工程的特点及其最小岩石覆盖层厚度的问题,以期对我国未来的海峡海底隧道修建工程有所借鉴.     

挪威海底隧道经验

海底隧道深埋于海水以下,因而在勘探、设计、施工和运行方面都比陆地隧道更困难。挪威在近30a来修建了40条海底隧道,积累了丰富的经验,形成了被称为“挪威海底隧道概念”的一整套技术。规划设计阶段要采用各种可能方法进行尽可能详细的地质勘探,尤其是海洋折射地震波探测,以提供基岩表面深度、基岩地质剖面等重要资料。影响隧道的稳定主要为断层和软弱带,因此,在地质勘探中确认断层和软弱带是极为重要的。施工时需采用精心设计的方法,包括减少每轮爆破的进尺及采用喷射混凝土拱肋、密集长锚桩等。典型的挪威海底隧道衬砌由作为支护的喷锚结构和自立的防水防冻的内衬砌组成。挪威海底隧道的衬砌都按排水结构设计,而不承受外水压力。渗水是海底隧道的最大威胁,施工期应随时了解掌子面前的地质和水文地质条件,超前探测孔和预灌浆是控制渗流的最佳方法,同时必须时刻准备处理可能发生的紧急情况。最小岩石覆盖厚度影响隧道安全和造价,必须慎重考虑,根据岩石条件、稳定要求、渗水量充分论证,大部分挪威海底隧道的最小岩石覆盖厚度都小于50m。海水的腐蚀性给海底隧道带来一系列的特殊问题,须认真对待。     

最小涌水量法确定隧道最小岩石覆盖层厚度

对于利用钻爆法施工的隧道,确定埋深的主要依据是涌水量,通过选取不同的岩石覆盖层厚度计算出对应的涌水量得到涌水量和覆盖层厚度的曲线,对应曲线上最小涌水量的岩石覆盖厚度为最小岩石覆盖厚度。文中采用FLAC3D对栋杆嘴长江隧道的涌水量进行数值仿真分析,并用最小涌水量法确定隧道的最小岩石覆盖层厚度。     

基于风险系数的海底隧道纵断面确定方法

 提出海底隧道“极限顶板厚度”的概念,阐述其与“最小顶板厚度”和“合理顶板厚度”的区别与联系,并给出采取辅助施工措施条件下极限顶板厚度的确定方法。由于海底隧道纵断面的选取直接影响到隧道修建的安全性、经济性、技术适用性和环境影响等,因此在“极限顶板厚度”的基础上,从风险系数角度入手,考虑安全风险、技术风险、经济风险和环境影响风险在海底隧道纵断面评估过程中的影响作用,找出相应的致险因素;结合层次分析法,建立一套完整的海底隧道纵断面评估体系,为海底隧道纵断面的选线提供了有效的方法。最后,将这套评估方法应用于厦门翔安海底隧道,对拟取的3条纵断面进行综合评估,确定出最优纵断面,该方法可为今后国内海底隧道工程的规划选线提供一定的参考。     

基于地层加固的海底隧道极限顶板厚度确定方法

海底隧道顶板厚度直接关系到海底隧道工程的经济性和安全性,如何在地层加固条件下确定顶板厚度是海底隧道穿越不良地质体施工的关键问题之一。针对该问题,文章首先对国内外典型海底隧道突水事故进行分析,进一步阐明“极限顶板厚度”的物理意义,结合合理注浆加固参数与顶板厚度相互制约的特点提出极限顶板厚度确定方法,其核心为合理注浆加固参数和塑性区范围的确定方法;进而建立考虑渗流作用和超前加固的海底隧道围岩力学分析模型,基于对塑性区发展模式的分析,对海底隧道围岩进行弹塑性解析,在此基础上对加固参数的敏感性进行分析,以围岩位移最小和渗水量最低为目标,基于分层排序法提出海底隧道超前加固参数多目标优化方法,从而可确定最优极限顶板厚度值。将该方法应用于青岛胶州湾海底隧道工程,验证其合理性和可行性,可为海底隧道的规划选线和安全施工提供理论依据。     

爆破荷载作用下青岛胶州湾海底隧道覆盖岩层稳定性分析

以青岛胶州湾海底隧道为背景,采用国际上常用的计算模式模拟爆破施工荷载,根据ABAQUS动态计算的特点,将爆破荷载以等效应力的方式加载于模拟炮孔之上,依据不同围岩类型和岩层覆盖厚度设计值选取隧道左、右线典型段;采用有限单元法分析了覆盖岩层各监测点的振动速度、加速度变化趋势。数值分析结果表明,各测点的振动速度、加速度时程曲线均满足隧道爆破变形规律。根据隧道围岩振动破坏准则,计算所得的最大水平、垂直振动速度均小于规范要求的临界值,且爆破作用影响范围远小于隧道覆盖岩层设计厚度,所以岩层覆盖厚度设计值满足爆破工程稳定性和安全性要求。同时,考虑到隧道选线的经济合理性,提出了爆破施工荷载作用下隧道顶板厚度设计参考值,并进行了验证,对类似工程具有一定的指导意义。     

海底隧道修建中的关键问题

结合厦门东通道海底隧道工程，对海底隧道最小岩石覆盖层厚度、水压力设计值的确定，衬砌结构断面优化与防排水方案，穿越海底不良地质段（断层、溶槽）的施工措施及服务隧道设置的必要性问题进行了分析。提出应从围岩稳定性和隧道涌水量的大小综合考虑最小岩石覆盖层厚度；采用限量排放的防排水方案对海底隧道较为适宜；施工中可采用注浆和冻结法穿越海底的不良地质段；设置服务隧道有利于隧道施工和运营管理。     

厦门海底隧道的流固耦合分析

为了验证厦门海底隧道最小顶板厚度比设计厚度减小时隧道的稳定性。在厦门海底隧道轴线的地质剖面图上 ,选取了 4个典型剖面 ,根据设计方案 ,将隧道轴线高程比原设计升高 4m ,依据流固耦合理论 ,应用三维快速拉格朗日法进行数值分析。从隧道轴线升高 4m时 ,开挖后的应力分布、洞周位移、塑性区、孔隙水压力分布等结果 ,可以得出将设计方案的轴线位置升高后 ,隧道是稳定的。同时 ,得到一些对后续施工和其他工程有一定的指导意义的有益结论。     

浅埋大断面隧道施工工法优化分析

为了探索适合青岛胶州湾海底隧道陆域大断面段施工过程中的最合理施工工法,采用三维有限差分软件FLAC3D对4种常用施工工法进行数值计算优化分析,分析结果表明:双侧壁导坑法即眼镜法对地表沉降、洞周收敛和围岩稳定的影响方面要优于其他工法,而CD法施工主要对衬砌安全方面效果最佳。在实际施工过程中,综合考虑施工工期、进度、隧道埋深、洞径等,选择最佳施工工法。由于青岛海底隧道陆域大断面段隧道跨度较大,净空高,开挖台阶也高,致使钢支撑质量较大,安装困难,不宜使用CD法,最终确定选择双侧壁导坑法施工。通过实际工程验证,双侧壁导坑法在青岛胶州湾海底隧道陆域大断面段取得了显著的社会、经济效益,为今后类似工程对于该种工法的应用起到了很好的借鉴和指导作用。     

跨海峡隧道风化槽围岩衬砌防排水技术研究

 采用钻爆法修建海底隧道必须采取有效措施预防塌方、涌水、突泥等地质灾害,海底隧道钻爆法施工时如何安全穿越断层破碎带是工程设计与施工的技术难点。结合厦门跨海峡隧道围岩的特点,研究钻爆法穿越断层破碎带的注浆加固、防排水技术,提出不同围岩条件下的隧道防排水和注浆设计方案。并根据实验室三轴试验结果得到强风化花岗岩渗透系数以及反演的围岩力学参数,分析风化槽隧道衬砌的外水压力分布特点和量值。研究成果为衬砌结构设计以及国内同类型隧道的衬砌防排水和衬砌支护技术设计提供可靠指导。