海底隧道开挖过程中衬砌结构变形与能量损失

基于流固耦合理论,推导海底隧道圆形衬砌结构水压力计算公式。以汕头湾海底隧道为工程依托,结合有限差分软件FLAC 3D建立全包与半包隧道模型,分析不同海水深度、不同防排水形式下围岩渗流场特征,孔隙水压力、衬砌结构位移和能量变化规律。结果表明:不同海水深度下Ⅱ级围岩段隧道稳定性均明显优于Ⅳ级围岩段,Ⅳ级围岩段全包隧道孔隙水压力均大于半包隧道,Ⅱ级围岩段全包与半包隧道孔隙水压力基本一致;对于隧道衬砌结构位移,同一海水深度下全包、半包隧道相差极小,海水深度小于等于15 m时位移随海水深度增加而稳步小幅增大,海水深度20 m时Ⅱ级围岩段位移剧增,Ⅳ级围岩段增幅较Ⅱ级围岩段小;海水深度小于15 m时,全包、半包隧道的能量差异较小且耗散能略小于弹性应变能,海水深度为15 m(半包隧道)、20 m时耗散能明显大于弹性应变能;隧道围岩塑性区单元数量与海水深度正相关,海水深度从5 m增至10 m、15 m增至20 m时,塑性区单元数量呈跳跃式增长。