基于等效面积法的三孔并行海底隧道渗流场解析研究

目前对海底隧道渗流场的研究大多基于单孔隧道,考虑到实际工程常采用三孔并行的排布方式,而隧道互相靠近时渗流场会发生干扰,若采用单孔隧道模型其涌水量计算误差可能超过40%。该文对三孔并行海底隧道渗流场进行理论分析,首先分析了理论解析过程中采用等面积法将多心圆形断面简化为圆形断面的合理性;进而提出三孔并行海底隧道渗流场分析模型,以叠加原理为基础,采用镜像法推导出三孔并行海底隧道渗流场解析解,并将公式进行了退化和数值验证。研究结果表明:按照等面积法将多心圆形断面简化为圆形断面分析对隧道总涌水量影响较小;该文解析解具有一定的精度,可以快速预测三孔并行海底隧道涌水量;由于隧道间的泄压作用,三孔并行海底隧道主隧道周边涌水量分布呈现出非对称性。

有限地层三孔并行海底隧道渗流场解析研究

研究目的:目前对海底隧道渗流场的研究大多基于半无限空间的单孔隧道,考虑实际工程常采用三孔并行的排布方式,且实际工程中隧道下方常存在相对不透水层或基岩等不透水边界,本文以渗流力学为基础采用镜像法和竖井理论推导有限厚度地层海底隧道渗流场解析解,将公式进行退化和数值验证,并对不透水边界距离、三孔隧道埋深、间距及注浆参数进行分析。研究结论:(1)隧道下方不透水边界对涌水量影响较大,当不透水边界距隧道中心为25r1时,对涌水量基本没有影响;(2)三孔并行隧道间渗流场存在相互影响,且随隧道间距的增加影响逐渐减弱,当隧道间距大于30r1时,涌水量基本没有影响;(3)三孔并行隧道涌水量随埋深增大呈现出先减小后增大趋势,埋深为2r1时涌水量最小;(4)三孔并行隧道涌水量随注浆圈厚度增大和渗透系数减小而减小,实际工程中应注浆密实度和注浆厚度并重;(5)本研究成果可为相关海底隧道工程的设计与施工提供参考。

考虑洞间影响的三孔并行海底隧道渗流问题分析

海底隧道渗流场的分析是隧道建设的基本问题,它与隧道围岩稳定性、工程防排水设施的布置密切相关.考虑现有的工程实际,海底隧道常采用"主隧道+服务隧道"的三孔并行方式穿越海峡.以实际工程为背景,建立了不同覆岩厚度下三孔并行海底隧道渗流计算模型,从涌水量、孔隙水压力、渗流速度、注浆参数方面分析了隧道渗流特性.研究结果表明,隧道互相靠近时,渗流场相互影响,无论是采用现行规范中所给出的隧道涌水量计算公式,还是精确解析解公式来预测三孔并行海底隧道主隧道涌水量时均会产生较大误差,将会高估隧道涌水量,最大误差可以达到40%;三孔隧道之间互为"泄压孔",降低了主隧道周边孔隙水压力和渗流速度;注浆作为隧道堵水的关键措施,考虑注浆圈厚度的同时也应该注重注浆的密实性.

青岛小净距海底隧道爆破振动响应研究

介绍青岛胶州湾海底隧道的工程概况和邻近隧道爆破控制的研究现状。由位于断层破碎带f3-1中的典型断面ZK5+607的几何参数和地质资料构建三维尺寸为215m×86.1m×60m的数值计算模型,对后行隧道上台阶掏槽眼的爆破效应进行分析。采用国际上常用的计算模式模拟爆破荷载,根据FLAC3D动态计算的特点,将爆破荷载以等效应力的方式加载于模拟炮孔之上。以控制点振速峰值和塑性区体积为标准对施工方案进行优选,分析认为施工中应尽量减小各掌子面纵向间距、严格控制掘进进尺和装药不耦合系数、施作中空孔。用优选的方案进行研究并得出结论:爆破施工对海底隧道岩石覆盖层的影响范围在15m之内;施工洞和服务洞的围岩振动影响较大,且爆破工作面前方的爆破振动强度大于后方,在其影响范围内应注意加强监控量测并推迟二次衬砌的施作;施工洞拱部、先行洞迎爆面边墙是爆破振速峰值最大的部位,施工洞拱部出现了应力集中现象和拉应力区,施工中应加强支护。

海底隧道三洞并行施工通风方案优化研究

研究目的:针对钻爆法施工有害气体扩散规律的研究,目前对单洞独头掘进研究较多,对“三洞并行”施工通风研究较少。为探究海底隧道三洞并行施工较优的通风方案并优化风机布置,以青岛胶州湾第二海底隧道工程为依托,重点对海域钻爆段“三洞并行”施工污染物运移规律进行研究。通过建立“双孔大断面正洞+小断面服务隧道”的“三洞并行”三维模型,使用FLUENT软件三维紊态RNG k-ε模型和组分输运模型模拟隧道爆破后CO浓度分布,分析三种通风方案下CO浓度场变化规律,在此基础上对横通道射流风机布置进行优化。研究结论:(1)三洞并行工况下,利用中间服务隧道可以有效排出多个工作面钻爆施工产生的污染物,但在横通道区域会有污染物滞留现象;(2)在服务隧道内加入射流风机后,全程无明显CO滞留现象,并且可以明显降低浓度峰值,加快CO排出浓度速率;(3)距离横通道中心10 m处为横通道射流风机最佳放置位置;(4)本研究成果可为相关海底隧道施工通风的设计与施工提供参考和借鉴。

小间距海底隧道施工相互影响分析

介绍了青岛胶州湾湾口海底隧道的工程概况并采用软件flac3D对隧道开挖和支护进行了两种方案的二维数值模拟。通过分析隧道周边关键点位移和围岩塑性区,研究了小间距海底隧道开挖支护过程对各条隧道围岩稳定性的影响,得出了有益于设计和施工的结论和建议。

海底隧道三孔并行渗流场泄压规律研究

海底隧道三孔并行是基于隧道施工技术及使用功能性要求设计的。目前对单孔及双孔海底隧道渗流场研究较多,但对三孔并行海底隧道渗流场研究较少,且对由单孔变为多孔隧道之间的泄压规律少有研究。依托青岛胶州湾海底隧道工程,采用FLAC 3D对三孔并行隧道涌水量及隧道之间泄压作用进行分析。计算结果表明:(1)三孔并行隧道之间的涌水量与渗透系数和隧道面积比存在线性关系;(2)由于隧道间的泄压作用,三孔并行隧道孔隙水压力分布在0~300 kPa范围内的分布形式与单孔不同,主隧道内侧的泄压作用比外侧明显,距离中间隧道越远泄压作用越小;(3)泄压作用的存在使得主隧道最大孔隙水压力方向相对单孔发生偏转约30°,角度随面积比增大而增大,随间距增大而减小;(4)最大孔隙水压力梯度位置在距主隧道圆心2倍半径范围内偏离轴线约30°,在3~7倍半径范围内回到中间隧道轴线处。