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近年来,我国在铁路及公路工程的建设中修建了大量的水下隧道,截止2013年底,我国已建成各类水下隧道总长达1万多公里。在水下隧道的建设中,最小覆盖层厚度对隧道工程施工方法、工程造价及工程稳定性等具有重要影响。本文以兰州市轨道交通1号线迎门滩~马滩区间穿越黄河(穿黄)隧道工程为背景,通过数值计算及经验公式估算并结合工程实际,确定了该工程的最小覆盖层厚度,在此基础上,模拟分析了该工程的应力场、位移场和渗流场的分布规律及特性,主要研究成果包括:(1)采用日本海底隧道经验公式、挪威经验曲线及国内顶水采煤经验公式,分别计算了兰州市轨道交通1号线穿黄隧道的最小覆盖层厚度;建立了有限元分析模型,模拟分析了覆盖层厚度分别为18.1m、19.1m、20.1m、21.1m、22.1m、23.1m和24.1m7种工况下的隧道渗流场分布特性,在此基础上,结合工程实际,确定了穿黄隧道的最小覆盖层厚度为22.1m。(2)建立了流固耦合的有限元分析模型,模拟分析了穿黄隧道的渗流场、位移场和应力场的分布规律。研究结果表明:(1)渗流场方面:隧道开挖前,孔隙水压力从上至下依次增大呈层状分布,开挖后孔隙水压力从上到下依次增大呈漏斗状分布,并随开挖进尺的增大孔隙水压力逐渐减小。(2)位移场方面:随着隧道开挖进尺的不断推进,水平位移及竖向位移增量不断减小并逐渐趋于稳定,总体来看,各关键点的水平位移和竖向位移值都比较小。(3)应力场方面:隧道开挖前,竖向有效应力和水平向有效应力都呈左右对称分布;隧道开挖后,洞室周围竖向有效应力最大值区域分布在拱顶上方;左右拱腰和拱顶处水平有效应力值最大,随着开挖进尺的增大,最大值分布区域逐渐减小。(3)选择盾构管片在拱顶、左右拱腰及拱底处的4个关键点,对隧道力学特性进行分析研究,研究结果表明:(1)各关键点的竖向位移随开挖进尺增大而增大;拱顶处关键点竖向位移最大,左右拱腰处关键点竖向位移最小;(2)各关键点的水平位移随开挖进尺增大而增大;左右拱腰处关键点水平位移最大,呈左右对称分布,拱底处关键点水平位移最小;(3)各关键点竖向有效应力随开挖进尺增大而增大,竖向有效应力在拱顶处最大,左右拱腰处最小;(4)各关键点水平有效应力随开挖进尺增大而增大,竖向有效应力在左右拱腰处最大,拱底处最小。总体来说,各关键点的位移值和应力值都较小。