蓉江四路水下隧道覆岩厚度确定方法研究

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水下隧道是跨越水域阻隔的重要手段,是人类克服自然阻碍、与大自然和谐相处的技术发明,同时也是人类现代文明的体现。水下隧道的优点不同于桥梁,其优点包括占地面积小、不受恶劣环境的影响、不破坏自然环境以及对水域航道的通航影响小等。修建水下隧道需要攻克最小覆岩厚度确定等重要技术问题,在设计过程中要面对多种多样的地质条件,如何正确地考虑水深、围岩特性、隧道尺寸等因素;如何合理地兼顾水下隧道造价与安全等问题;如何有效地保障水下隧道建设和运营的要求,对于设计一个符合实际的最小覆岩厚度是需要处理的关键问题。对隧道工程项目而言将有利于缩短其周期和降低投入的造价成本,并带来更多的经济效益。为此,本文在众多学者研究的基础上,以赣州蓉江四路越江隧道为工程背景,从工程经验、拱顶厚度判据、数值模拟三个方面对隧道覆岩厚度进行了研究与分析,本文的主要研究内容及结果如下:(1)总结归纳了确定覆岩厚度的工程经验法—挪威经验法、最小涌水量法和顶水采煤法。从围岩级别、岩土体性质、基岩埋深、水深以及隧道断面尺寸等方面分析了各个因素对覆岩厚度的影响。应用于蓉江四路水下隧道,得出在各经验法下蓉江四路水下隧道的最小覆岩厚度为11.8m。最后对各经验法的适用性做出评价并提出了采用权函数法确定最小覆岩厚度的必要性。(2)通过力学方法和山岭隧道深、浅埋分界深度判别法计算隧道围岩自承拱厚度,以围岩拱顶自承拱厚度为判据,即将能提供隧道围岩自稳自承能力时的最小拱顶厚度作为水下隧道最小覆岩厚度。将国内外已建的31条水下隧道作为验证条件,验证该判据的可行性。得出的结论是以自承拱厚度为判据计算出的最小覆岩厚度与该隧道实际的最小覆岩厚度相比总体偏小,最后将该判据法应用于蓉江四路水下隧道,求得最小覆岩厚度为15.75m。(3)利用FLAC3D有限差分计算程序,模拟不同隧道覆岩厚度的开挖情况,同时对围岩等级条件、水深进行控制变量,共150个计算工况。对计算结果采用围岩稳定变形判据,即定量提取各种工况下隧道围岩关键点的特征位移,得出随覆岩厚度的递增,隧道拱顶处的位移增量会呈现出一种先减后增的趋势。将150种工况类比应用于蓉江四路水下隧道,得到覆岩厚度为14m时隧道拱顶的位移增量出现最小值。
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