某海底隧道最小岩石覆盖厚度影响因素分析

目前国内正在修建或拟修建大量海底隧道,其中最小岩石覆盖厚度直接制约着海底隧道的造价。根据已确定某海底隧道最小岩石覆盖厚度,结合海底隧道所处的工程地质和水文地质条件,分析了裂隙岩体的断裂损伤、海水渗流和施工过程及爆破、地震等对海底隧道最小岩石覆盖厚度的影响分析。结合工程类比法和数值计算方法得到某海底隧道最小岩石覆盖厚度,考虑各种因素对最小岩石覆盖厚度的影响,最终分析出较优的最小岩石覆盖厚度。     

海底隧道最小岩石覆盖厚度的权函数法

最小岩石覆盖厚度是海底隧道垂直线路设计的重要参数,影响海底隧道的造价和安全。总结了确定海底隧道最小岩石覆盖厚度常用的方法,包括工程类比法、数值分析法,并分析了各种方法的适用条件。基于大量数值分析,提出了通过最小位移确定最小岩石覆盖厚度的方法。根据专家经验,分析了最小岩石覆盖厚度各种影响因素的重要性,建立确定最小岩石覆盖厚度的权函数法,并应用于青岛胶州湾隧道工程,其研究成果对海底隧道的设计与施工具有参考价值。     

海底隧道最小岩石覆盖厚度的位移收敛法

关于岩体稳定评判准则至今尚未达到成熟的阶段,从稳定的定义、量化的判断到分析的理论、准则和方法等一系列基本问题尚未形成明确的系统。目前比较常用的方法就是利用塑性区来判断围岩的稳定范围。但塑性区主要用来确定围岩的破坏范围,对于确定海底隧道的最小覆盖层厚度有些过于危险,因为一般海底隧道主要修建于硬岩中,其开挖引起的塑性区很小。因此,有必要建立确定海底隧道最小岩石覆盖厚的方法。应用适合模拟岩土大变形的数值分析方法FLAC3D,运用围岩变形量或变形率判据,建立确定海底隧道最小岩石覆盖厚度的位移收敛判据,并将该判据用于确定某海底隧道的最小岩石覆盖厚度,以说明该方法用于确定海底隧道最小岩石覆盖厚度的正确性和有效性。     

象山港海底某公路隧道最小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,对象山港海底某公路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。根据分析比较结果,调整隧道底板线部分段的坡度,使得隧道在满足安全的条件下,得到最短的隧道线路,从而决定隧道的最优选线方案。     

施工爆破对确定海底隧道最小岩石覆盖厚度的影响研究

确定海底隧道的最小岩石覆盖厚度是在确保海底隧道安全的基础上减少工程造价的关键。施工爆破对上覆岩石的振动影响着海底隧道最小岩石覆盖厚度的确定。采用FLAC3D模拟了宁波海底隧道钻爆法施工对上覆岩层的动力学影响,分析了海底隧道的底板标高和装药量对上覆岩层交界面的稳定性影响,得到了振动速度、应力波动历时曲线和塑性区大小。通过与萨道夫斯基公式计算结果的对比,综合经济、安全方面的考虑,建议降低装药量,底板线下降2 m。     

工程类比法在海底隧道岩石覆盖厚度研究中的应用

海底隧道岩石覆盖层厚度是海底隧道选线中的关键因素,其确定方法目前还没有统一的标准。结合海底隧道岩石覆盖层厚度确定中的关键因素,应用隧道设计常用的工程类比方法,借鉴已有的海底隧道工程或类似工程的设计经验对隧道岩石覆盖层厚度的初步确定进行了研究,并将其应用于实际工程,得出合理的隧道岩石覆盖层厚度的范围。研究方法对同类工程的初步设计有参考价值。     

厦门海底隧道顶板厚度选择及其开挖稳定性分析

在厦门海底隧道轴线的地质剖面图上,选取了4个典型的剖面,应用多裂隙岩体三维弹塑性本构关系和损伤演化方程进行数值分析研究,得到了应力分布、洞周位移、塑性区、损伤区等结果。通过对应力扰动区的分析,以及隧道轴线位置、轴线升高或降低后各剖面应力扰动范围与弱风化层厚度的对比,很容易确定厦门海底隧道的最小顶板厚度;根据应力分布、洞周位移、塑性区、损伤区结果,评价了海底隧道的开挖稳定性。二者的有机结合,说明了将设计方案的轴线位置提高4 m后隧道是稳定的。     

越江隧道钻爆法施工最小岩石覆盖层厚度研究

越江隧道上覆最小岩石覆盖层厚度是决定隧道建设造价和安全的主要因素之一.以拟建的重庆朝天门两江隧道为例,采用工程类比法和3D弹塑性有限元数值模拟对隧道钻爆法施工的最小岩石覆盖层厚度进行了分析.工程类比分析表明,在正常水位条件下隧道最小岩石覆盖层厚度为22～27m;数值模拟分析表明,在历史最高洪水位条件下隧道最小岩石覆盖层厚度为23m.综合分析认为,两江隧道合理的最小岩石覆盖层厚度为23m.     

舟山灌门水道海底隧道钻爆法施工稳定性分析

以舟山灌门水道海底隧道为背景,依据地质资料,选取隧道典型横断面来研究钻爆法施工时围岩的稳定性。由典型横断面的几何参数和地质资料构建数值计算模型,采用国际上常用的计算模式模拟爆破荷载,根据FLAC3D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。数值计算结果表明,各关键点的位移、振动速度、加速度-时程曲线均满足隧道爆破变形规律,且振动速度峰值均小于规范要求临界值,爆破作用影响范围小于岩石覆盖层建议厚度,验证了岩层覆盖厚度建议值和爆破方案的合理性。最后,为了弄清岩石覆盖厚度和炸药量对围岩稳定性的影响,给出了不同岩石覆盖厚度和炸药量情况下的计算结果。所得结论对后续施工和类似工程具有一定的指导意义。     

断裂岩石细观破坏机理及三维接触损伤

以断裂岩体长期稳定性为研究背景,开展岩体断面细观接触演化和长期力学行为的研究,借助CT检测方法,研究断裂岩体双翼表面细观接触状态、接触损伤演化等影响岩体长期力学行为的特征以及断裂岩石蠕变过程中粗糙表面凹凸体磨损及亚表面微裂纹、微孔洞发展等表面接触损伤演化规律。CT图片得出剪切蠕变破碎岩石的多种失稳模式,这几种破坏模式共同存在于岩石断裂面的剪切蠕变过程中,并在断裂面不同位置交替出现。通过三维重构初步了解断裂岩石损伤过程中新生断面的形成过程:断裂面在剪切蠕变过程中微凸体附近易产生损伤形成空洞或初始裂隙,随后大量空洞和裂隙发展形成裂纹网络,裂纹网络贯通形成新断裂面。     

厦门海底隧道类土质围岩水土作用研究

以厦门海底隧道工程为例,通过室内试验研究了类土质围岩在水中的崩解情况,分析了崩解量与时间的关系,讨论了土样的均匀性、密实程度对崩解的影响;从水土作用方面分析了隧道掌子面局部失稳的原因。研究成果表明：土样的崩解与土体颗粒组成、密实程度有关,颗粒细且均匀、密实的土样崩解曲线呈3个阶段;不均匀或较松散的土样在17 min内崩解基本完成,均匀致密的类土质围岩遇水发生完全崩解的时间较长,最长可达3 h以上;水对围岩的软化及崩解作用,将降低围岩的稳定性及自支撑能力,因此,施工过程中必须加强排水工作并及时支护。     

单临空面岩体中爆破诱发损伤的数值分析

岩石的抗压强度远大于其抗拉强度,所以在单临空面岩体爆破中,工程技术人员关注的不仅是炮孔附近的塑性压剪损伤,更多的是临空面附近的拉裂损伤,临空面若是地表,可能会影响到施工的安全,甚至造成一定的经济损失。以往这类损伤问题的数值模拟中大多只偏向于一方面：或忽略压剪损伤,或不考虑拉裂损伤,故所得出的结论难以满足工程需要。基于合理的应力修正方式,把现有的岩石拉-压损伤本构以简明的方式嵌入到大型LS-DYNA软件中,对单临空面岩体中的柱形和球形药包爆破问题进行了数值模拟,计算结果表明该法能较好地预测岩体中爆破诱发的拉裂、压缩损伤的分布规律和演化趋势。     

隧道开挖中围岩损伤演化分析及力学参数预测

数值方法所得出结论的可靠性很大程度上取决于岩体力学参数的选取,因此基于损伤演化分析,对损伤变量与围岩力学参数之间关系进行了研究。在各向同性损伤的假定下,通过分析开挖过程中围岩损伤演化,建立了采用损伤变量对弹性模量、泊松比、黏聚力、摩擦角等围岩材料参数进行估算的方法。采用弹性纵波波速定义初始损伤,根据壁城隧道现场监测资料建立ANSYS渐进性数值模型,反演典型断面开挖过程中围岩的宏观力学参数。分析结果表明,该方法可以有效地确定围岩力学参数的变化情况,与实际情况吻合较好。