海底隧道不占地,不妨碍航行,不影响生态环境,是一种非常安全的全天候的海峡通道。目前,全世界已建成和计划建设的海底隧道有20多条,主要分布在日本、美国、西欧、中国的香港九龙等地区。近年来随着经济建设和施工技术的迅速发展,我国已具备了修建海底隧道的能力。我国目前有厦门翔安海底隧道和青岛胶州湾海底隧道在建。本文是以某海底隧道典型地段Ⅳ级围岩为背景,主要的研究内容和结论有:(1)利用有限元软件ABAQUS建立三维弹塑性有限元模型,考虑了混凝土衬砌、锚杆与围岩之间的相互作用以及开挖的时间效应。分析得出,隧道的拱腰、拱脚和掌子面是应力集中的部位,容易发生剪切破坏,在施工中要引起足够的重视;拱顶、拱底位移较大,容易发生坍塌,施工中要在开挖后及时进行支护;对于拱底,可以考虑打筑仰拱以限制竖向位移;拱腰已经产生了塑性区,导致此处围岩已经丧失了自稳性,容易发生坍塌;衬砌的拱腰部位应力集中,容易出现塑性破坏;锚杆主要承受拉应力(个别存在压应力),最大值接近70 MPa;喷锚支护安全系数满足要求。(2)通过改变初期支护参数(锚杆长度、锚杆间距和荷载释放系数),分析得出,改变锚杆长度对围岩的应力、位移、塑性区影响较小。改变锚杆间距对围岩的应力影响较小,但减小锚杆间距可以减小拱腰的水平位移和围岩塑性区。荷载释放系数的增加可以使围岩应力有一些降低,但围岩的位移和塑性区都有所增加。增加锚杆长度、减小锚杆间距和增加荷载释放系数都可以减小衬砌应力和锚杆轴向拉应力。(3)利用强度折减法,分析计算不收敛、特征点位移、围岩塑性区及衬砌塑性区和锚杆屈服四个临界状态准则下,围岩-初期支护整体稳定性安全系数。分析得出,计算不收敛可能先于特征点位移突变产生,此时特征点位移突变不明显,可以认为特征点位移准则的安全系数与不收敛准则相同。利用围岩塑性区准则、衬砌塑性区和锚杆屈服准则所得安全系数较计算不收敛和特征点位移准则偏小,所以塑性区的贯通是破坏的必要条件,但不是充分条件,还要看是否产生很大的无限发展的塑性变形。对于计算不收敛和特征点位移突变这两种准则下,改变锚杆长度和间距对其影响较小;对于围岩塑性区准则,增加锚杆长度可以增加其安全系数,但是减小锚杆间距对此影响较小;对于衬砌塑性区和锚杆屈服准则,增加锚杆长度和减小锚杆间距都可以增加其安全系数。