城市河底隧道受河道宽度的限制,常要采用水下浅埋的形式以满足坡度设置的要求,这样就容易遭遇软弱围岩甚至是土质围岩。城市河底浅埋隧道的修建方法主要有矿山法、盾构法、沉管法等,采用不同修建方法的河底隧道的受力性状存在差别。目前我国采用矿山法成功建成的城市河底浅埋隧道还比较少,这类隧道还缺乏成熟的设计理念与施工技术,更缺乏系统的运营管理与维修养护技术;而且由于河水渗透与河水位变化的影响,致使这类隧道的受力性状非常复杂,需要逐步探索。目前,隧道上方的河水位变化可概化为保持低水位一段时间,保持高水位一段时间,然后又变为保持低水位一段时间……。河水位如此反复交替变化不仅会反复改变隧道的应力场,还会反复改变隧道的渗流场;而且在河水位的不变期内,围岩的应变还在变。本文针对城市河底浅埋矿山法隧道,以长沙市浏阳河公路隧道为工程背景,通过室内试验、数值模拟与现场观测等方法,研究探索了围岩与衬砌的力学性状。主要工作与成果如下:(1)对围岩试样进行了三轴压缩试验、单轴分级加载试验、单轴分别加载试验、单轴低频循环加卸载试验:获得了围岩的粘聚力与内摩擦角;将河水位的变化概化为反复加卸载,获得了河水位反复变化下围岩的变形特征;发现在河水位反复变化影响下,围岩的轴向应变在少数情况下存在“变化延迟”的现象。(2)建立了较为复杂的数值计算模型:根据室内试验结果拟合得到围岩应变随时间变化的本构模型,并将本构模型子程序嵌入到数值模型主程序中进行计算;数值模型还考虑渗流应力耦合、隧道施工期与服役期的衔接、服役期100年内河水位的反复变化。通过数值计算,获得了围岩与衬砌力学性状的变化特征。发现在隧道服役期内,河床竖向位移、二衬拱顶竖向位移都总体表现为“波动式下沉”,大约在隧道服役70年后,波动范围趋于稳定。(3)通过改变隧道设计参数进行多种工况的数值模拟对比分析,提出了相应的工程建议。发现河水最深处对应断面的双洞净距从1.5B减小至1B会明显恶化衬砌的受力性状,建议类似隧道在进行净距优化设计时要慎重考虑。(4)通过现场观测,验证了数值模拟结果的可参考性,统计分析了隧道的渗水特征及其原因;基于现场观测,结合河流水文学知识,提出了一个浏阳河隧道上方河水位的经验计算公式;探讨了现场观测遇到的8个问题,为类似河底隧道的现场观测提供借鉴。