厦门海底隧道的流固耦合分析

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厦门翔安海底隧道施工技术总结PPT课件

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为C30防腐蚀混凝土,抗渗等级为P8,海域隧道二次衬砌为C45高性能防腐混凝 土,抗渗等级为P12,同时采用具有抗海水侵蚀的喷射混凝土,钢筋网为V级,风 化槽采用钢拱架组成初期支护,取消系统锚杆,钢拱架接头处设锁脚钢管,在初 期支护和二次衬砌之间,选择PVC防水板和系统盲管做排水系统,确保满足隧道 设计使用年限的要求。
5
厦门大桥
翔安区
海沧大桥
漳州
厦门东通道 (翔安隧道)
厦门岛
金门
鼓浪屿 翔安隧道地理位置图
6
该工程于2005年8月9日正式动工建设,2010年4月26日建成通车。建成后 ,翔安区到岛内将缩短50km的路程,厦门岛到翔安只需要15min。厦门海底隧 道工程建成交付使用后,对于提升厦门的城市功能,拓展城市发展空间,促进 区域社会经济协调发展,优化产业布局,改善厦门市的投资环境,加快厦门国 际化港口建设步伐,都将有着非常重大的现实意义。而作为我国内地第一条海 底隧道,对于探索出适合我国国情的海底隧道建造技术,为类似工程的动工兴 建,缩小与世界先进水平的差距,都将起到里程碑式的作用。同时也为我国深 海交通技术研究奠定了基础。
标标标 Z

标标
安标
A2:3.14Km(YK5+930.5~YK9+700 )
A4:3.655Km(YK9+700~YK13+355 ) 标 标 标
N
标段划分示意图
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8)环保、水保、文明施工要求高 厦门岛是国内著名的海滨旅游城市,风景优美,地域特色明显,翔
安隧道设计施工理念新颖,隧道建设的社会意义重大,对环保、水保、文 明施工要求高。
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4)断面大,工法多 主隧道按3车道设计,最大开挖断面尺寸为17.04m×12.55m(170m2);

厦门海底隧道的流固耦合分析

厦门海底隧道的流固耦合分析

② 1. 0
0. 35
③ 15. 0 0. 25
④ 10. 0 0. 30
凝聚力 c 摩擦角 φ 密度 渗透系数 / MPa / (°) / (kg·m - 3)/ (m·d - 1)
0. 033 23
0. 2
30
1. 0
39
0. 7
35
1950 2650 2650 2650
0. 064 6. 4 ×10 - 4 6. 4 ×10 - 6 6. 4 ×10 - 6
nal of the tunnel . Based on original design of the tunnel , rock covers with a decrease of 4 m is considered in the numerical simulations . From the
numerical results of stress distribution , displacements ,plastic zones of rock mass and pore2pressure distributions after excavation with rock cover
Key word : Xiamen subsea tunnel ; coupled fluid2mechanics theorem ; FLAC3D ; stability
底隧道的开挖施工过程进行流固耦合分析 ,研究成果
0 引 言 Ξ
对后续施工设计有一定指导意义 。
中国大陆海岸线北起鸭绿江口 ,南至北仑河口 ,长 约 1. 8 万 km。加上岛屿海岸线 ,总长约 3 万 km。沿 岸多优良海湾和港口城市 ,自北向南依次有大连 、秦皇 岛 、天津 、烟台 、青岛 、连云港 、南通 、上海 、宁波 、温州 、 福州 、厦门 、广州 、湛江 、北海等 ,但可惜的是中国仍没 有一条海底隧道 ,严重限制了沿海城市的发展 。现在 , 厦门开始了中国第一条海底隧道的论证工作 ,其中涉 及到很多岩石力学问题 ,给岩石力学工作者带来了机 遇和挑战 。目前 ,在隧道工程设计和施工中主要采用 经验类比法 。三维显式有限差分法程序 FLAC3D在模 拟岩土材料的流固耦合方面的可靠性已被岩石力学界 认可 ,该程序为模拟岩体内渗流状态提供了有效的分 析工具 。

海底隧道突涌水分析及应用研究【土木工程岩土工程专业优秀论文】

海底隧道突涌水分析及应用研究【土木工程岩土工程专业优秀论文】

3.3.2翔安隧道中突涌水风险预测根据第2章分析可知,在海底隧道的修建过程中,全强风化层、断层等不良地质段是其发生突涌水的风险位置,根据厦门翔安隧道的实际地质条件,在下面等不良地质地段存在着突水的风险。

3.3.2.1断层、风化深槽空间分布特征海域地震反射勘探发现并经地质钻探验证,隧址区呈北西及近南北向展布有四条基岩风化深槽,见图3.3。

其中:Fl基岩风化深槽位于K8+344,走向北西276。

,宽约208m,二长岩岩脉发育,北东侧球状风化严重,弱~微风化岩岩面形态复杂,旱锯齿状;F2基岩风化深槽位于ⅪO十450,走向北西304.5。

,宽约95m;F3基岩风化深槽位于ⅪO十686,走向北西345.5。

,宽约145m;F4基岩风化深槽位于K8+946,走向北西290。

,宽约155m。

二长岩岩脉发育。

根掘风化深槽的空间分布特征,结合厦门区域地质资料对比研究推断:厦门东通道海底隧道分布的风化深槽是北西向浔江断层(F3,)的组成部分,为断裂破碎带加后期风化作形成。

图3.3厦门海底隧道断层、风化槽分布示意图Fjg3-3PosjtionoffauItsanddeep帕atheredrock曲roughinXia—tI站nunderseatunneI通过压水试验、并温及电阻率测并、岩体裂隙调查及渗透系数、渗透破坏试验,研究风化深槽的渗透性能。

风化深槽岩土体总体上属弱~微透水层。

水平方向上渗透性变化规律是:总体上透水性较弱,全、强风化层的渗透性Fl号深槽较F2、F3、F4号深槽相对要小。

垂直方向上渗透性变化规律是:总体上透水性较弱,全、强风化层较弱,相对要大。

F1风化深槽深度51.80m~54.60m段;F4号风化深槽深度13.30m~19.30m、30.30m~32.40m段,F3风化深槽深度16.OOm~23.OOm段的透水性均较其它段略大。

综合测试与研究工作表明,风化深槽全~强风化带岩体渗透系数为lO—cm/s级;弱风化带岩体渗透系数为lO—cm/s级。

基于流-固耦合理论的水体下盾构隧道施工渗流规律

基于流-固耦合理论的水体下盾构隧道施工渗流规律

基于流-固耦合理论的水体下盾构隧道施工渗流规律随着水下隧道工程建设技术日趋完善,水下盾构隧道已经成为跨越水域的重要交通工程之一。

在隧道工程施工过程中,由于存在着稳定的补给水源,渗流场和应力场相互作用、相互联系,使得隧道围岩孔隙压力发生变化,隧道围岩极易发生失稳,造成严重的工程事故。

近年来,国内外许多学者对隧道施工过程中流-固耦合问题进行了研究。

YI et al[1]通过数值模拟研究分析了盾构隧道开挖后孔隙水压力和地层沉降的分布规律;GALLI et al[2]对二维模型和三维模型计算结果进行了对比,认为三维模型更加符合工程实际;纪佑军等[3]采用数值模拟,认为注浆可以有效控制隧道围岩变形和地下水涌入;原华等[4]通过对上海越江隧道东线中段的数值模拟分析,得出管片在渗流作用下的受力更加趋于“平均”,地下水有利于隧道衬砌管片的受力;吉小明等[5]通过分析渗流作用下隧道开挖过程发现,隧道周边最大剪应力和位移都有所增大;马龙祥等[6]假设当软土盾构隧道达到稳定渗流状态时,作用于衬砌外壁的总水头为一个未知常量,计算出稳定渗流时隧道的闭合解析解;易小明等[7]通过对比分析流-固耦合作用下海底隧道开挖数值模拟的结果与现场监测数据,认为两者具有一致性;贾瑞华等[8]通过数值模拟分析得出了隧道开挖面处的渗流场、位移场以及孔隙水压力的分布规律。

然而,国内外对高水头压力作用时盾构隧道施工扰动下地表的沉降量、围岩渗透性、管片内力分布等方面的研究并不多。

近几年来,穿越江、河的盾构隧道工程越来越多。

因此,研究高水头压力作用下盾构隧道的地表沉降、孔隙水压力分布、施工扰动下围岩的渗透性以及隧道衬砌管片的受力特征,对于盾构隧道施工及运营期间的安全稳定具有重要意义。

本文选取太原地铁2号线双塔西街—大南门站下穿迎泽湖区段为工程背景,采用有限差分软件FLAC3D内嵌的FISH语言二次开发建立三维数值模型,得出不同水头压力作用下的盾构隧道在流-固耦合效应下的渗流场、位移场以及管片衬砌的孔隙水压力的分布规律,以期为水下隧道施工工程风险控制提供理论依据和技术支持。

基于流固耦合的水底隧道仰拱受力分析与优化

基于流固耦合的水底隧道仰拱受力分析与优化

第33卷第1期铁 道 学 报V o l.33 No.1 2011年1月JO U RN A L O F T HE CH IN A R AIL W AY SOCIET Y Januar y2011文章编号:1001 8360(2011)01 0108 06基于流固耦合的水底隧道仰拱受力分析与优化张志强, 师晓权, 何 川(西南交通大学土木工程学院,四川成都 610031)摘 要:目前,国内外学者对用于铁路和公路交通的山岭隧道断面形式做了不少研究,并得出一些有价值的结论。

但是,研究结论应用于水底隧道是否同样能满足衬砌结构受力合理的要求,是值得研究的问题。

矿山法修建大断面铁路和公路水底隧道,其断面形式主要采用马蹄形断面,并设置仰拱来控制围岩位移及改善衬砌结构受力。

本文以厦门东通道海底隧道为工程背景,采用三维有限差分软件F L AC3D进行流固耦合分析,研究仰拱曲率半径及仰拱部位的防排水措施对围岩位移及衬砌结构受力的影响,优化水底隧道断面形式,以指导大型跨江海的水底隧道的设计和施工。

关键词:水底隧道;断面优化;仰拱曲率;流固耦合中图分类号:U459.5 文献标志码:A doi:10.3969/j.issn.1001 8360.2011.01.018Analysis of Optimizing Cross section Shape of Subsea TunnelZH ANG Zhi qiang, SH I Xiao quan, H E Chuan(Sch ool of Civil Engin eering,Southw es t Jiaoton g U nivers ity,Chengdu610031,Ch ina)Abstract:U ntil now,do mestic and fo reig n scholars have done quiet a lo t o f studies on cross section forms of railw ays and hig hw ay tunnels and have draw n some valuable conclusions.But w hether the conclusio ns are rea sonable w hen they are applied in subsea tunnels,it remains a problem to study.Subsea tunnels w ith lar ge cro ss sections ar e o ften designed in the horse hoof shaped cro ss sectio n and w ith an inverted arch to control ad jo ining r ock displacement and im pro ve mechanical characteristics of the lining structure.In the paper,taking the Xiam en east passageway,the Xiang'a n Subsea T unnel under construction,as an example,ado pting the flu id m echanical interactio n metho d by use of the three dimensional finite differential softw ar e,the influence of the cur vature r adius of the inver ted arch and the inv erted arch w aterproo f and drainag e m easures o n adjoining rock displacement and im pro vem ent in m echanical characteristics of the lining structure is studied to o ptimize the cross section fo rm of the subsea tunnel,and give reference to design subsea tunnels and co nstructio n of large scale acr oss the w ater.Key words:subsea tunnel;cross section optimizing;curvature radius o f invert;fluid mechanical interaction合理设计隧道断面形式有利于洞室开挖安全、围岩稳定、支护结构受力合理、减小开挖面积、降低造价、隧道美观、提高行车舒适度等。

厦门东通道海底隧道暗挖施工中的主要技术

厦门东通道海底隧道暗挖施工中的主要技术

二、厦门东通道海底隧道暗挖施工关键技术(一)工程地质及水文地质1 地形地貌厦门东通道海底隧道长度5900米,起点里程ZK6+600,终点里程ZK12+500。

其中海面宽度2860m,最大水深29m。

隧道轴线地表区域分布见表2-2。

该区地貌主要为以下三种类型:陆域地貌、岸滩带地貌和海域地貌。

陆域地貌主要由海蚀台地及海积平原组成,海蚀台地面波状起伏,多为基岩残丘,坡度平缓,略向海倾斜。

岸滩带地貌主要包括西南端五通岸和东北同安岸,西南端五通岸属于开敞海湾淤泥质问夹基岩海岸,高潮带为狭窄砂滩,局部为岩滩,滩宽10~20m,由粗中砂组成,坡度4~6°;中潮带为含泥质沙滩,滩宽200~300m,滩面上常有风化壳红土出露,坡度1~2°;低潮带为粉砂质泥滩,滩宽600m,时有礁石出露,坡度2°;东北端同安岸属于淤泥质间夹台地土崖海岸,高潮带为沙滩,滩宽20~30m,由含砂砾的中粗砂组成,坡度4~6°;中低潮带为砂质泥质和淤泥滩,一般有向低潮带变细的趋势,潮滩涂泥明显,滩面上凸,浮泥层厚,大片潮滩已经辟为养殖场。

海域地貌中,海域内水深0~29m,海底为水下浅滩,浅滩总体上向东南港湾口方向和缓倾斜,倾斜坡度1~5°,海底常有高低不等的暗礁分布。

海底浅滩表层主要分布砂-粉沙-粘土、粉砂质泥和泥质粉砂。

海底西南五通一侧,海底地形起伏较大,最深高程-29m,最高处已经突出海面3~4m,局部形成相对较深的海底沟槽。

2 地质构造厦门地区所处大地构造单元为闽东中生带火山断拗带(二级构造单元)之闽东南沿海变质带(三级构造单元)。

本三级构造单元内,对测区地质构造具有控制意义的断裂构造为长乐-诏安断裂带和九龙断裂带。

长乐-诏安断裂带由一系列走向NE,近于平行、长度不等的断裂组成,断裂带宽38~58m,延伸长度450m左右。

该断裂带上地震活动较弱,历史上只发生过3 级左右地震,该带多数断层最新活动年代为中更新世,少数与NW向断裂相交,最新活动年代到晚更新世早期。

中国大陆典型水下隧道工程案例与技术

中国大陆典型水下隧道工程案例与技术

一、引言中国陆地海岸线长达1.8×104 km,海岛海岸线长达1.4×104 km,拥有岛屿约6万多个,面积超过500 m2的岛屿有6536个,其中有人居住的455个。

众多海湾和海峡的交通现状造成了区域整体经济发展不协调和成本加大;另外内陆江河发达,较大的河流有28条,两岸交通的不便利对城镇化发展空间造成了很大的影响;随着我国经济的不断发展,克服江河湖海等天然水道对经济发展的制约已具有举足轻重的影响。

因此各种各样的跨海通道建设成为必然,而我国面对人多地少的自然条件,在跨江越海通道建设中水下隧道具有较大的优越性。

据不完全统计,国内外近百年来已建的跨江越海交通隧道已逾百座。

二、中国大陆水下隧道建设简史与现状(一)盾构法修建水下隧道1965年5月大陆第一条越江隧道——跨越黄浦江的打浦路隧道开始修建,全长2761 m,隧道江底段长约600 m,于1971年6月建成通车(图1)。

自此以后,我国修建了大量的跨江越海盾构隧道,包括地铁、铁路、公路、引水隧道和输送油、气、电的管廊隧道,隧道直径范围为2.4~15.2 m,如当时世界直径最大的上海公路与地铁共用的上海长江隧道,时速350 km连接广州、深圳、香港高速铁路的狮子洋隧道。

这些隧道大部分为双洞隧道(单层或双层),但也有单洞双层公路隧道(上海上中路隧道)。

隧道所穿越的典型地层有华东的软土地层、成都和兰州的卵石地层、华南的强度差异大且强度高的复合地层等代表性的地层。

目前建设中的汕头苏埃通道是挑战性极大的盾构海底隧道。

图1 上海打浦路隧道(二)沉管法修建水下隧道宁波甬江水下隧道是我国第一条用沉管法修建的水下交通隧道,设计为单孔双车道隧道,隧道全长1019 m,其中水下段420 m采用“4×85 m+80 m”、宽11.9 m的5节沉管,于1987年6月正式动工,1995年9月底建成通车。

与此同期,于1990年10月开始修建广州珠江沉管隧道,1993年12月建成,该隧道全长1380 m、宽33.4 m,沉管段5节总长457 m,隧道分三孔,西侧两孔为双向四车道隧道,东侧为单孔双线地铁隧道。

基于流固耦合作用的海底隧道初期支护安全影响因素分析

基于流固耦合作用的海底隧道初期支护安全影响因素分析

基于流固耦合作用的海底隧道初期支护安全影响因素分析孙文君;王学民;杨鹏志;王蓉蓉【摘要】以青岛海底隧道试验段为工程背景,基于流固耦合理论对海底隧道初期支护安全性的影响因素进行分析,结论表明:(1)注浆加固显著改善了洞周土体强度和整体性,塑性区范围得到有效控制;(2)注浆加固优化了支护结构的受力,随着加固圈厚度的增加,洞周位移出现不同程度的衰减,加固圈厚度对减小水压的贡献依次为:拱顶>拱腰>拱脚>仰拱;(3)随着加固圈渗透系数的增大,洞周水压力随之增大;(4)在流固耦合作用下,仰拱处的土压力远大于其他部位;(5)现行支护参数条件下,海底隧道初期支护结构满足安全性要求,现场实测与数值计算基本相符。

%With reference to Jiaozhouwan subsea tunnel in Qingdao and based on the coupled fluid-solid theory, the impact factors are studied on initial support safety in subsea tunnel. The results show that:(1)The strength and integrity of surrounding rock are improved significantly by grouting reinforcement and the plastic zone is effectively controlled; ( 2 ) The force of the supporting structure is optimized by grouting reinforcement ring, with the increase of the reinforcement thickness, the displacement attenuates in a certain degree, and the thickness of the reinforced ring contributes to the reduction of water pressure in such a sequence: arch top to arch web to arch foot to inverted arch; ( 3 ) With the increase of the permeability coefficient of reinforced ring, the water pressure around the tunnel is increasing;( 4 ) The earth pressure at the inverted arch is much bigger than anywhere else under couple fluid-mechanical;(5)The initial support structure meets the requirement for safety with the currentsupport parameters, and the site measurements agree basically with the numerical calculations.【期刊名称】《铁道标准设计》【年(卷),期】2015(000)001【总页数】5页(P86-90)【关键词】海底隧道;初期支护;安全性;注浆加固;流固耦合【作者】孙文君;王学民;杨鹏志;王蓉蓉【作者单位】河北工程技术高等专科学校建筑工程系,河北沧州 061001;河北工程技术高等专科学校建筑工程系,河北沧州 061001;河北工程技术高等专科学校建筑工程系,河北沧州 061001;河北工程技术高等专科学校建筑工程系,河北沧州 061001【正文语种】中文【中图分类】U459.5相对于其他隧道工程,洞周高水压是海底隧道初期支护承担的主要荷载。

海底隧道防排水技术浅析_以厦门翔安海底隧道为例

海底隧道防排水技术浅析_以厦门翔安海底隧道为例

第28卷 第1期台湾海峡Vo.l 28, No .1 2009年2月J OURNAL OF OCEANO GRAPHY I N TAI W AN STRA I T F eb .,2009收稿日期:2008202201基金项目:国家海洋局专项课题资助项目(908202203203)作者简介:许文锋(1972~),男,高级工程师.海底隧道防排水技术浅析)))以厦门翔安海底隧道为例许文锋1,2(1.国家海洋局第三海洋研究所,福建厦门361005;2.中国地质大学(武汉)工程学院,湖北武汉430074)摘要:由于海底隧道的特殊性,其防排水技术与一般陆地隧道有着显著区别,本文介绍了厦门翔安海底隧道的防排水方案设计情况,对方案实施效果进行了评估.得出了海底隧道防排水应结合围岩与支护的自防水功能采取以堵为主的原则,并针对海底隧道防排水方案实施中的问题,提出了对初期支护背后注浆是重点,改进注浆材料等建议.从而论述了防排水技术是海底隧道工程建设的核心问题.关键词:防排水技术;厦门翔安;海底隧道中图分类号:TU 289文献标识码:A 文章编号:100028160(2009)0120102205海底隧道施工过程中会产生诸如涌(突)水、垮塌等各种地质灾害,在这些地质灾害问题中,地下水问题尤其突出[1~7].如果隧道防排水处理不当,会给隧道施工带来了巨大的困难,严重影响了施工进度,严重者还会造成人员伤亡.同时对整个生态环境也存在一定的影响.另外,施工时隧道防排水处理不当,还会影响隧道建成后的正常运营.因此,设计并实施有效的防排水措施,对保障隧道施工以及隧道的安全运营,均有非常重要的意义.一般情况下海底隧道衬砌在承受围岩压力的同时还要承受较高的水压,且由于海底隧道纵坡为两端高中间低的倒人字坡,因此在隧道施工期间及运营期间的防排水技术尤为重要.根据海底隧道不同的地质情况,分别设计相应的防排水方案,根据方案实施效果动态调整防排水方案,厦门翔安海底隧道的工程实践表明,这种设计理念非常有效的,本文以翔安海底隧道为例来论述动态调整防排水措施.1 工程概况厦门东通道翔安海底隧道是一项规模宏大的跨海工程,隧道全长6105km ,跨越海域总长412km,设计为分离式、上下行六车道隧道,左右为行车隧道,中间一孔服务隧道.海域段除穿越四道断层破碎带风化深槽(囊)之外,围岩基本上是弱微风化花岗岩,围岩级别基本为Ñ~Ò级.隧道在潮间带和陆域,全部穿越全、强风化花岗岩层,围岩级别全部为Õ级,隧道共穿越四道断层破碎带风化深槽(囊)和全、强风化花岗岩层,它是本工程施工的难点,尤其在防排水方面.隧道埋深自洞口的6m 到海域的40m,海水一般深15m,最深25m,施工方式采用钻爆暗挖法,翔安海底隧道主洞左右线纵断面地质剖面图分别如图1和图2所示.图1 厦门翔安海底隧道右线纵断面地质剖面F i g .1 Geol ogical profile of ri ght li ne i n Xia m en X iang .an subsea1期许文锋:海底隧道防排水技术浅析)))以厦门翔安海底隧道为例图2 厦门翔安海底隧道左线纵断面地质剖面F i g .2 Geol ogical profil e of l e ft li ne i n Xia 2m en Xiang .an subsea2 隧道防排水设计根据不同的地质情况,其防排水设计采用了包括洞口排水、隧道明暗洞防排水、竖井防排水、洞内路基防排水等方案.2.1 洞口防排水设计由于隧道纵坡中间低两端高为倒人字坡,洞口两端都有较长的路堑引道.为避免洞外雨水流入洞内,路基设计时根据地形情况,通过边沟将边坡水和路面水截流进洞口集水池,并设泵站将雨水导入洞顶排水系统.隧道两端洞口左右线均设置三道截水沟(60c m ),集边坡和路面水排入洞口集水池.洞口路堑顶部设置天沟,通过开沟将水汇入附近沟渠.2.2 洞内防排水设计施工缝、沉降缝防水处理:施工期间隧道内产生的水主要是围岩渗水和施工用水,由于海底隧道所处的特殊环境,为保证衬砌结构的防水能力,隧道沉降缝采用外贴带注浆管的背贴式止水带,中间设置带注浆管的橡胶止水带,内壁加设结晶填充材料的三层防水方式;隧道施工缝采用外贴带注浆管的背贴式止水带,中间设置企口,并安放带注浆管的膨胀橡胶止水条,内壁加设结晶填充材料的三层防水方式.采用带注浆管的背贴式止水带,可实现分区防水,便于后期检修和处理.采用分区防水形式,充分保证防水板的防水效果.由于施工空间狭窄、作业条件差、工序相互交叉干扰等原因可能会使安装好的防水板遭受到损坏,一旦一处漏水造成/窜水0,从而使整个隧道结构受害,并且维修弥补困难、费用高、效果差.因此用分舱的方法设置防渗肋条将整个隧道的防水分成小区.防水区面积控制在150m 2内.一旦漏水可以通过外贴式止水带的注浆管,针对漏水区域进行注浆修补,效果好,修补费用低.3 翔安隧道防水方案的动态设计情况设计方案在没有通过实践检验之前,始终具有预设计的性质,而真正的设计是在施工过程中完成和完善的,翔安隧道防排水总体设计方案如图3所示.翔安隧道防水设计方案通过一年多的施工实践证明,是较全面的、具体的.但也做了一些补充和修正.针对富水砂层区段试验了高压旋喷地表防水技术方案;在竖井施工中实施了高压旋喷桩、钢板桩、钻孔咬合桩、钻孔切合桩以及实施了地表井点降水方案.富水砂层段最后采用了地下连续墙和疏干降水井相结合的设计方案,未采用地表高压旋喷桩和洞内水平旋喷桩的设计方案.在采用了地表防水技术措施的同时洞内并用超前预注浆、初支背后补偿注浆回填的防水技术.为了防止初期支护喷射混凝土的基面粗糙,凹凸不平而损伤防水板.在防水板与初支喷射混凝土基面之间,加设一层无纺布,既是缓冲层也是疏水层.在施工期间,根据最新设计理念,增设了边墙底部纵向排水盲管、泄水孔,改衬砌结构全封闭型为半封闭型,保证了/以堵为主0限量排放.4 结构防排水技术措施翔安隧道结构防排水施工进展经过两个阶段,第一阶段是明洞结构防排水施工已经完成,第二阶段是暗洞结构防排水施工.#103#台湾海峡28卷图3 翔安隧道防排水总体设计方案F i g .3 Outli ne of des i gna ti on of wa terproof and dra i n f or X iang .an subsea t unne l4.1 结构防水方案中的技术措施(1)围岩自防水.以堵为主,通过注浆止水将隧道开挖面周围的涌水和渗水,封堵在结构外.(2)初期支护自防水.采用防水防渗混凝土,将围岩的少量渗漏水,堵在初期支护结构之外.(3)将初期支护难以堵住的有限渗流水通过预埋排水管环向引入边墙侧沟.(4)铺设防水板.将少量渗水封堵在二衬混凝土之外.(5)施工缝、沉降缝均采用外贴带注浆管背贴式止水带自防水.施工缝内间设置带注浆管的中埋式膨胀橡胶止水条,沉降缝内设置带注浆管的中埋式橡胶止水带;两种缝内壁均加设结晶类填充材料的三重防水方式,保证沉降缝自防水.施工缝细部防水设计如图4所示.(6)采用分区防水形式自防水(示意图5).防止一处渗漏四处窜水的后患.4.2 结构防排水的技术保障(1)必须严格初期支护质量验收程序,合格后才能进入二衬施工工序.因为初期支护的/三头0:锚杆头、钢筋头和欠挖的岩石头不认真削平必然会刺破防水板;初期支护表面凹凸不平超限,将会在泵送混凝土的压力下撕裂防水板.(2)严格把好防水技术六道关,即上述六项技术措施.在把关中要防止忽视初期支护的自防水功能,以#104#1期许文锋:海底隧道防排水技术浅析)))以厦门翔安海底隧道为例为有防水板防水,而对初期支护的自防水质量不当回事.(3)要防止边墙两侧铺设长度不均造成剪刀叉接缝,尤其是曲线区段,宁可接缝长预留富裕些也不能短了采用补接的方法,因为这样,很难保证接缝质量.(4)不要为施工方便和赶进度,而将矮边墙和二衬仰拱分两次施工,人为增加两条纵向施工缝,因为施工缝是二衬渗漏的薄弱环节.(5)隧道进口采用全断面帷幕注浆技术.进入F1断层破碎带,进出口还将先后穿过F2、F3、F4风化深槽断层破碎带.(6)在通过断层破碎带及风化深槽区段要注意的问题:¹超前地质预报是前提,预报手段要长短结合,以短为主;物探和钻探并用,以钻探为准;预报的岩性水情位置要准确到米,预报专业人员要长驻工地,跟踪预报;º全断面帷幕注浆是关键.a .注浆以堵水为主,加固围岩为辅;b .注浆由专业队伍实施,必须采用先进的设备;c .要完善的压注计划是成功的保证;d .注浆工艺参数要通过试验取得经验极为重要;e .止浆墙的厚度要一次做够;.f 注浆方式以前进式为主,后退式为辅,注浆顺序先外圈后内圈;g .帷幕注浆压力,不大于115MPa ,保证不将覆盖层穿透;径向注浆压力不大于0.5MPa 防止损坏初支结构,压注浆胶凝时间要能调整到3~5m in ;h .注浆材料必须用超细水泥;.i 注浆效果检验要严格按照标准,准确监测,达到既定标准才能开挖;»加强支护是重点.a .结构支护、超前支护、径向加固围岩注浆相辅相成;b .超前支护绝不能因为施作了全断面帷幕注浆就省了不做,因为全断面帷幕注浆有可能出现盲区,所以需要通过每循环的超前支护来弥补.c .初支背后必须及时充填注浆;d.径向注浆很必要:因为在初支背后一定范围内注浆加固围岩是加强初期支护结构的基础,也是巩固后方的重要技术措施.径向注浆材料一般不应采用双液浆,应用普通水泥浆或超细水泥加适当的聚氨酯;¼监控量测非常重要,要做到及时布点,及时量测,出现动态时及时反馈,及时分析研究;½方案落实是保证,要严格管理,严格制度,严格纪律,要件件落实;¾开挖中要注意控制爆破,要保护全断面帷幕注浆固结的人工结石体;¿抢险救援预案是后备,要注意做到预演,有效;À服务洞先通过后左右洞通过.5 防水技术的效果分析高压旋喷注浆以及钻孔咬合桩、钻孔切合桩,目的是在洞室外围形成止水帷幕隔断海水进入开挖面.虽然高压旋喷桩未完全止住水,但为井内全断面帷幕注浆实施减少了水压力和渗水量,配合钻孔咬合桩成功的通过了砂层段.高压旋喷桩在W4全风化花岗岩地区止水效果不理想,但加固了围岩,减少了洞内开挖过程中洞顶沉降.超前小导管注浆,各施工单位都不同的反应,W 4、W 3地层中注不进浆液,砂层中也有注不进去的反应.目前国内外施工技术水平,注浆止水加固技术是成功的.国内外成功的实例比比皆是,如日本的青函隧道、舞鹤隧道,中国的歧岭隧道、草庵隧道、大瑶山隧道、刺桐关三号隧道.如出现注浆注不进,其主要原因是超前预注浆与进度的矛盾.技术上的欠缺是注浆工艺的配套技术不到位的原因.如不设止浆墙或虽设了但不足以止浆.应该承认,在W3、W 4风化花岗岩中、砂层中注浆技术均可以获得一定的止水和加固效果.只要:¹注浆配套技术措施到位.隧道局有成功的经验总结,用TSS 注浆导管、设置足以止浆的止浆墙或是足够深度的注浆小导管、试验得出注浆压力和注浆量.º根据不同的地质条件选用适当的注浆材料,在单液水泥浆、水玻璃水泥双液浆、超细水泥浆中选用.6 结语(1)只有进行对初期支护背后注浆加固,形成堵水承载圈,才能实现初支无渗漏的设计要求.在软弱围岩区段,在隧道二衬混凝土施工前,对富水砂层区和集中涌水区段进行后注浆,在初支背后形成一定厚度(3~5m )的堵水承载圈,加强围岩自防水功能.(2)应从长远考虑结构防水,从百年大计的角度考虑使用超细水泥浆,这在翔安隧道的富水W 3、W 4地#105#台湾海峡28卷段和富水砂层地段施工中做过试验.同时设计方案中也可建议选用超细水泥、聚胺脂和环氧树脂注浆的.(3)注浆材料应选以单液浆为宜.超前预注浆多数选用的防水选用水泥水玻璃双液浆,是为了快速堵水和注浆后能迅速实施掘进作业.但由于双液浆的后期强度低,一定时间后堵水及抗压抗剪能力迅速降低,这就为结构防水造成隐患.初支背后回填注浆和后注浆一般不能选用水玻璃水泥双液浆,应选以单液浆为宜,否则就会损害工程结构的安全的百年大计.(4)正确处理下部结构防水.隧道一般在仰拱以上的结构防水做得较全面,但海底隧道所处地下水大部分为承压水,仰拱底部的承压水易造成路面的渗流、冒水,因此下部结构也应该贯彻/以堵为主0限量排放的原则,采取有效的防排水技术方案.参考文献:[1] 王梦恕,皇甫明.海底隧道修建中的关键问题[J].建筑科学与工程学报,2005,22(4):1~4.[2] 孙钧.海底隧道工程设计施工若干关键技术的商榷[J].岩石力学与工程学报,2006,25(8):1513~1521.[3] 吕明.挪威海底隧道经验[J].岩石力学与工程学报,2005,24(23):4219~4225.[4] 杨会军,李丰果.深埋长大隧道地下水处理技术[J].岩土工程界,2006,3(9):62~65.[5] 韩忠存.隧道及地下工程结构防排水技术的发展和应用[J].现代隧道技术,2001,4(38):5~9.[6] 李兴高,刘维宁.公路隧道防排水的安全型综合解决方案[J].中国公路学报,2003,1(16):68~73.[7] 王梦恕,皇甫明.海底隧道修建中的关键问题[J].建筑科学与工程学报,2005,4(22):1~4.Discussi on on the technology ofwaterproof and drai nof t he subsea tunnel)))i n case ofX i a men Xiang .an subsea tunnelX U W en 2f eng 1,2(1.Th i rd Institute of Oceanography ,SO A ,X i a m en 361005,Ch i na ;2.Ch i na Universit y of Geosciences (Wuhan),Wuhan 430074,Ch i na)Abstrac:t Because of t h e specificity of subsea tunne,l the water proof and dra i n age technology has disti n ct diff erence w it h the general land t u nne ls .Th is paper i n troduces t h e sche me desi g n on waterproof and dra i n ofX ia men 2X iang .an subsea t u nne lw it h an eva l u ation on the eff ect of t h e sche me .It conc l u des that the wa ter proof and dra i n age technolo 2gy of the subsea t u nne l shou l d adopt t h e pri n ciple of leak stoppage and co mb i n e t h e self 2water proof f unction of rock mass and supports .The aut h or be lieves that the i n j e ct grout beh i n d the pri m ar y lining is i m portan,t and t h e mater i a ls of i n ject grout should be i m proved.The technol o gy ofwater proof and dra i n is a core prob le m re lates to the success or defeat of the subsea tunnel constructi o n .K ey words :technology ofwaterproof and drain ;X i a ng .an region ofX ia men;subsea tunne;l application(责任编辑:杜俊民)#106#。

水底明挖隧道深基坑流固耦合数值分析

水底明挖隧道深基坑流固耦合数值分析

水底明挖隧道深基坑流固耦合数值分析水底隧道挖掘是世界各地交通项目建设中重要的一项内容,也是城市建设及环境保护的重要途径。

在隧道挖掘过程中,会产生巨大的水压,从而造成地面沉降和地表涌水。

为此,需要采取有效的防护措施以降低或减轻挖掘对地表环境的影响。

针对水底隧道挖掘对地表环境的影响,许多研究者开展了深入的研究,尤其是以水底明挖掘隧道深基坑流固耦合计算为主题,研究结果表明,基于数值分析方法,分析潜水土壤弹性模量、流体压力系数和黏性系数的变化对潜水坑的涌水、沉降及地表环境的影响是非常重要的。

首先,基于数值模拟的原则,针对潜水土壤弹性模量的影响,如何研究潜水土壤弹性模量变化对涌水、沉降和地表环境的影响,这就是水底明挖隧道深基坑流固耦合计算的关键所在。

通过解析计算,可以得出水底明挖隧道深基坑流固耦合的准确计算结果,从而为涌水、沉降预测提供有力的数据依据,从而有效减轻挖掘对地表环境的影响。

其次,基于数值模拟的原则,针对流体压力系数的影响,如何研究压力系数变化对涌水、沉降和地表环境的影响,这也是水底明挖隧道深基坑流固耦合计算的重要内容。

具体来说,可以利用有限元法或其他有效的数值分析方法,对压力系数的变化进行精确的计算,以便求出合理的计算结果,有效减轻挖掘对地表环境的影响。

最后,基于数值模拟的原则,针对黏性系数的影响,如何研究黏性系数变化对涌水、沉降和地表环境的影响,这也是水底明挖隧道深基坑流固耦合计算的关键考量之一。

为此,必须采用有效的数值模拟方法,如有限元法,来研究黏性系数变化对涌水、沉降和地表环境的影响,以便求出合理的计算结果,同样可以有效减轻挖掘对地表环境的影响。

从以上内容可以看出,数值分析是水底明挖隧道深基坑流固耦合计算的重要组成部分,特别是对于潜水土壤弹性模量、流体压力系数和黏性系数的变化,只有采用有效的数值分析方法,才能够更好地分析涌水、沉降及地表环境的影响,有效减轻挖掘对地表环境的影响。

综上所述,水底明挖隧道深基坑流固耦合计算是无可比拟的,只有采用有效的数值分析方法和多维耦合理论,才能够更好地模拟潜水土壤弹性模量、流体压力系数和黏性系数的变化,更好地分析涌水、沉降及地表环境的影响,从而有效减轻挖掘对地表环境的影响。

水底明挖隧道深基坑流固耦合数值分析

水底明挖隧道深基坑流固耦合数值分析

水底明挖隧道深基坑流固耦合数值分析自从20世纪80年代以来,水底隧道挖掘工程就一直受到学术界的重视,深入研究了水底隧道挖掘过程中流固耦合的运动特性和柔度特性。

随着计算技术的发展,数值模拟可以为深海隧道的挖掘工程提供准确的计算和分析,深入了解流动中的流体物理现象和沉积物的运动特征。

一般来说,弹性地基应力条件、海浪作用、海底地壳形变、水动力效应和流体包络效应等都会影响挖掘工程的实施效果。

随着明挖隧道深基技术的发展,水底隧道挖掘工程带来了新挑战,如何准确分析和预测水底隧道挖掘过程中流固耦合系统的性能?针对上述问题,本文将以“水底明挖隧道深基坑流固耦合数值分析”为主题,介绍明挖隧道建设工程中流固耦合系统的力学特性,并就水底明挖隧道深基坑数值分析这一问题,探讨如何从数值模拟过程中提取流体物理特性,构建流体耦合模型,对明挖隧道深基坑的力学模型进行评估和分析,最终实现明挖隧道深基坑的成功计算和分析。

首先,本文将介绍水底明挖隧道深基坑工程的物理特性和力学模型。

按照国际通用的数值模拟标准,本文采用随机均匀网格进行数值划分,结合流固耦合理论,根据变形场理论构建流体耦合模型,应用三维无限元法和SHELL法,以及隧道真空塑性理论,建立一个能够准确模拟水底明挖隧道深基坑的流固耦合模型。

其次,本文还将介绍应用数值模拟技术进行深海隧道挖掘工程计算分析的具体过程。

包括利用数值模拟技术模拟明挖隧道深基坑施工动力学模型、从深海隧道建设现场取得实测数据,估算深海隧道建设过程中应力、变形和位移场等物理量,就水底明挖隧道深基坑流固耦合运动特性、施工技术分析等问题进行模拟分析,并依据分析结果确定明挖隧道深基坑的实施技术参数。

最后,本文还将介绍利用数值模拟技术对明挖隧道深基坑进行分析和评估的具体过程,以及利用数值模拟技术实现明挖隧道深基坑计算和分析的应用价值。

以上是本文介绍水底明挖隧道深基坑流固耦合系统数值分析的重点内容,从物理特性、流固耦合模型到应用数值模拟技术,本文深入分析了明挖隧道深基坑的力学模型,构建流体耦合模型,评估和分析水底明挖隧道深基坑的力学模型,以实现明挖隧道深基坑成功的计算和分析。

厦门海底隧道建设中涌水量流固耦合数值模拟

厦门海底隧道建设中涌水量流固耦合数值模拟

厦门海底隧道建设中涌水量流固耦合数值模拟
刘继国;朱光仪;郭小红;梁巍
【期刊名称】《现代隧道技术》
【年(卷),期】2006(043)002
【摘要】文章运用有限差分软件(FLAC3D)对厦门海底隧道F4风化深槽的涌水情况进行了流固耦合分析.由于隧道在穿越风化深槽段时采用双侧壁导洞法施工,因此对隧道施工三个阶段的涌水量分别进行了分析,并对不同注浆密度下的涌水量进行了对比.研究结果表明,在隧道开始开挖阶段,涌水量较大,之后逐渐趋于稳定;左右侧导洞开挖时,涌水量逐渐增大,但隧道中间部分开挖后,涌水量有所降低;数值计算所得涌水量结果与规范推荐公式计算结果基本一致.
【总页数】5页(P34-37,43)
【作者】刘继国;朱光仪;郭小红;梁巍
【作者单位】中交第二公路勘察设计研究院,湖北,武汉,430052;中交第二公路勘察设计研究院,湖北,武汉,430052;中交第二公路勘察设计研究院,湖北,武汉,430052;中交第二公路勘察设计研究院,湖北,武汉,430052
【正文语种】中文
【中图分类】U456.3+2
【相关文献】
1.厦门东通道海底隧道涌水量分析及预测 [J], 汪小平
2.海底隧道超前地质预报综合体系研究——以厦门翔安海底隧道为例 [J], 程正明
3.厦门海底隧道涌水量流固耦合数值分析 [J], 刘继国;朱光仪;郭小红;梁巍
4.厦门海底隧道的流固耦合分析 [J], 李廷春;李术才;陈卫忠;邱祥波
5.中国大陆第一座海底隧道——厦门翔安海底隧道·中国福建 [J],
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第二章 厦门海底隧道初期支护现场调研

第二章 厦门海底隧道初期支护现场调研

第二章厦门海底隧道初期支护现场调研第二章厦门海底隧道初期支护施工阶段变异开裂与渗漏水是隧道常见的病害现象,但在海底隧道中,开裂和渗漏水对隧道结构和安全性的影响却要大得多。

其主要原因就是腐蚀作用。

海底隧道地下水的腐蚀作用很强,含有大量化学离子,能和混凝土、钢筋发生化学反应。

而且海底隧道地下水水源补给丰富,这就带来了长期的腐蚀危害。

初期支护开裂和渗漏水将影响隧道结构的长期安全性,本章要对厦门海底隧道已施工段初期支护的开裂和渗漏水进行调研统计,为研究海底隧道支护体系长期安全性提供基础资料。

此外,还要进一步对初期支护混凝土、钢支撑的腐蚀情况进行现场调研,并渗入分析。

2.1初期支护施工阶段开裂渗水调研内容与对象分级2.1.1初期支护施工阶段开裂渗水调研对象分级根据李海军的研究,为了方便进行现场调研和进一步研究,对初期支护的变异程度有一个定量或定性的评判标准,本文结合厦门海底隧道初期支护变异表观形态、特点及有关研究成果,分别对初期支护开裂程度、渗漏水情况进行了分级或分类。

1.初期支护开裂分级按初期支护开裂严重程度不同分为以下5个级别:A严重开裂:普遍的可见裂缝,裂缝较宽、较长,间距较小,或较长较宽的纵向裂缝。

目测表现为平均间距小于3~5m的裂缝群,而裂缝群内裂缝平均间距小于1~3m,或宽度大于2~3mm、长度大于2~4m的纵向裂缝或裂缝群。

这种类型的开裂多为围岩软弱,初期支护承载力不足,通常导致初期支护支和临时支护严重变形渗水,且严重影响结构的承载力。

B局部严重开裂:局部有可见裂缝,裂缝较宽、较长;这种类型开裂相当于A类的一个裂缝群,开裂范围多小于5~10m的隧道纵向长度,而在开裂范围外较长距离基本没有裂缝,或者裂缝很少、且裂缝间距离很宽。

可能会导致局部严重渗水,对结构整体的承载力有一定影响。

C轻微开裂:有稀疏的偶尔可见裂缝,通常为不渗水的细小裂缝,不会对结构整体的承载力造成影响。

D无可见裂缝:没有肉眼可以观察到的裂缝,但可能有被掩盖的细小裂缝,多发生在翔安端过渡带和风化囊槽地段,由于水压过大,造成长期的初期支护渗水,结晶物覆盖了初期支护表面,可能存在细小但无法肉眼观察到的裂缝,但无比较宽的可见裂缝。

厦门翔安海底隧道CRD法和双侧壁法

厦门翔安海底隧道CRD法和双侧壁法

性区的范围大于CRD法。

另外,实测CRD法地表沉降最大值约为 260mm,拱顶沉降为310mm。实测双侧 壁法地表沉降最大值约为255mm,拱顶
表4 沉降对比表
地表沉降 (mm) 双侧壁法 CRD法 255.0 260.0 拱顶沉降 (mm) 300.0 310.0
沉降为约300mm(见表4)。即CRD法的沉

右线隧道YK11+950 ~YK12+110段、 YK11+700m段附
近穿越砂层。砂层富水性强,渗透性好,为良好的含水
层直接接受海水补给,具有承压性。
左线隧道砂层影响范围纵断面图
掌子面砂层

厦门翔安隧道A1标,A3标,A4标均采用CRD 法施工。A2标因地表沉降较大,由CRD法改为
双侧壁法施工。由于CRD法和双侧壁法各有优
-40
-20
0 20 -1 0 -2 -3 -4 -5 -6 -7 -8 -9 -10 距隧道中线距离(m)
0
40 60
-60
沉降量(cm)
-40
-20
-1 -2 -3 -4 -5 -6
0
20
40
60
-7 距隧道中线距离(m)
拱顶
地表
图9 CRD法沉降曲线
0 -60 -40 -20 -1 0 -2
沉降量(cm)
在拱顶处较为明显。总的来说,CRD法塑性区的范围较大,双侧
壁法塑性区的超前影响距离较大。
CRD法
双侧壁法
图8 竖向沉降云图

图8为竖向沉降云图,由计算结果可以得出,双侧壁 导坑法开挖引起的拱顶最大沉降量发生在隧道正上
方中心处,而CRD的拱顶最大沉降量则发生在隧道

厦门海沧海底隧道设计关键技术

厦门海沧海底隧道设计关键技术

序号
隧道名称
1 澳门大学海底隧道
2
独墅湖隧道
3
昆明草海隧道
4
蠡湖隧道
5
流花湖隧道
6
水果湖隧道
7
东湖隧道
8 无锡太湖大道隧道
9
西湖隧道
10 南宁南湖隧道
11 厦门机场隧道
12
玄武湖隧道
地区 澳门 苏州 昆明 无锡 广州 武汉 武汉 无锡 杭州 南宁 厦门 南京
用途 公路/人行
公路 公路 公路 公路 公路 公路 公路 公路 公路 公路 公路
序号 1 2 3 4
国家 名称 中国 中国 中国 中国
隧道名称 上海外环隧道 港珠澳岛隧工程 宁波甬江常洪隧道 天津海河隧道
长度 (km) 2.88km 6.1km
2.07
3.37
建造时间 2005年 2016年
1999~2002 2008~2014
堰筑法
➢ 堰筑法是先将水域全部或部分截流,挖除隧道部位的土体,然后修建隧道结 构,再进行回填恢复水域的施工方法,已在国内许多城市的湖泊或内河了广 泛应用。
厦门海沧海底隧道设计关键技术
Contents 目 录
一、水下隧道的发展现状 二、厦门海沧海底隧道设计关键技术
三、水下隧道的发展趋势展望
一、水下隧道的发展现状
中国公路隧道发展现状
截止到2016年底,全国公路隧道为15181座、14039.7km,其中,特长隧 道815座、3622.7km,长隧道3520座、6045.5km。目前,中国已成为世界上 隧道工程建设规模最大、数量最多和难度最高的国家,这不仅体现在隧道长 度、埋深和断面尺寸的增长上,建设难度和技术创新也达到了空前的高度, 各种新材料、新工艺等不断涌现。

海底隧道流固耦合相似模拟试验

海底隧道流固耦合相似模拟试验

海底隧道流固耦合相似模拟试验蔚立元;靖洪文;徐帮树;王迎超【摘要】研制以石蜡为胶结剂的憎水型流耦合相似材料,制作由高强PVC板和型钢组成的试验架,开发光纤监测系统和渗流量计量器,在此基础上以青岛胶州湾隧道为工程背景开展流固耦合相似材料试验.根据海水深度、开挖面积和覆盖层厚度等条件的不同,进行20种工况的试验,记录涌水量和9个关键点的位移、应力及渗透压力等多元信息.研究结果表明:拱顶以上约15m岩层内开挖卸载效应明显,在施工中应注意加强支护和监控量测;海底段施工时宜采取有效的注浆加固措施;选择水深较小的线路有利于保证隧道的渗透稳定性;设计者应尽量增加隧道空间利用率,减小开挖面积.【期刊名称】《中南大学学报(自然科学版)》【年(卷),期】2015(046)003【总页数】8页(P983-990)【关键词】海底隧道;流固耦合;相似材料;多元信息;涌水量【作者】蔚立元;靖洪文;徐帮树;王迎超【作者单位】中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室,江苏徐州,221116;山东大学岩土与结构工程研究中心,山东济南,250061;中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室,江苏徐州,221116;山东大学岩土与结构工程研究中心,山东济南,250061;中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室,江苏徐州,221116【正文语种】中文【中图分类】U451我国沿海地带人口稠密,经济发达,对跨海峡交通的需求与日俱增。

由于海底隧道的蓬勃发展,跨海峡交通仅依靠轮船和飞机的状况正在迅速改变[1−2]。

目前,厦门翔安隧道和青岛胶州湾隧道已建成通车,还有多条海底隧道正在建设和规划之中。

海水是影响海底隧道安全的关键因素,腐蚀性海水的长期浸泡使围岩强烈风化,导致岩土体物理力学性质的劣化;而隧道施工中围岩将承受海水产生的浮力和动水压力两种破坏力,严重降低工程稳定性。

此外,隧道施工将引起围岩应力场与渗流场的流固耦合效应:一方面海水向隧道内渗流将产生渗透体积力,改变岩土体原有应力状态;另一方面,应力状态调整又将影响岩土介质的组构,进而改变其渗透性能。

厦门翔安海底隧道防排水设计与施工介绍

厦门翔安海底隧道防排水设计与施工介绍

防渗肋
环向施工缝变形缝
注浆管控制盘 PVC 背贴式止水分区带
水平施工缝 中埋式止水带
图 6 分区防水平面示意
尖锐之物。经过断面净空量测, 在无超欠挖、满足净 空要求的情况下, 再进行无纺布铺设和防水板的铺 设。本隧道无纺布规格选用 400 g/m2, 首先将无纺布 用水泥钉和垫圈固定在初支上, 按设计和规范要求, 纵 向 固 定 间 距 为 40~100 cm, 环 向 固 定 间 距 为 80 cm, 然后将防水板焊接在垫圈上。防水板搭接长度按 规范和设计要求为 10~12 cm。在绑扎钢筋和浇注二 衬混凝土之前需对防水板施工质量进行检查, 防水板 在钢筋施工中受到破坏的地方要进行修补, 确保防水 板铺设平顺、完整, 搭接符合要求, 并对搭接处进行气 密性试验检测, 满足要求后才能进行下道工序施工。 3 排水体系
初喷混凝土
背贴式止水带 防水板
先施工段衬砌 遇水膨胀橡胶带注浆管
后施工段衬砌 施工缝
模板
水泥基渗透结晶型 防水涂料
图 3 施工缝防水处理
24 CBW 2008.2
地下与隧道防水
围岩 初支
2 cm 宽
先施工段衬砌
浸沥青木丝板 挡头板
钢筋卡
中埋式止水带
模板
聚氨酯密封胶
图 4 沉降缝防水处理
的背贴式止水带与防水板焊接, 在二衬混凝土断面中 部设带注浆管的遇水膨胀橡胶止水条, 在二衬混凝土 表面设深 3.8 cm、宽 2.5 cm 的水泥基渗透结晶型防 水涂料带。纵向施工缝和环向相交处是容易出现渗 漏 水 的 地 方 , 各 在 四 个 方 向 1.2~1.5 m 范 围 内 涂 设 P201 遇水膨胀液型密封剂。②变形缝防水: 在土石分 界处、结构变化处设置变形缝。除在靠防水板侧设带 注浆管的背贴式止水带之外, 在二衬混凝土中部设带 注浆管的中埋式橡胶止水带, 在二衬混凝土表面施作 不小于3 cm 深的聚氨酯密封胶。 2.4 分区防水

厦门海沧海底隧道设计关键技术

厦门海沧海底隧道设计关键技术
江大桥约2.4km。主线工程全长约7885.6m,其中隧道段4408m,主线采用双向 六车道建设标准。 江北大道至横江大道:城市快速路,横江大道至大桥南路:城市主干道。 盾构隧道外径14.5m,内径13.3m,管片厚度60cm。
沉管法
我国最初修建沉管隧道:1984年修建广州珠江沉管隧道、宁波甬江沉管隧道 港珠澳大桥工程:全长55公里,是目前综合难度最大的沉管隧道工程之一。 深中通道:建设中,跨度46~55.76m。
中交二公院在公路隧道设计中的发展
特长隧道
完成5km以上的特长隧道35座
编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 …
隧道名称 新疆乌尉天山胜利隧道
湖南雪峰山隧道 甘肃大坪里隧道 重庆摩天岭隧道
湖北峡口隧道 湖北石门垭隧道 福建狮子炉隧道 湖北火烧庵隧道 青海拉脊山隧道 重庆黔江仰头山隧道 湖北保宜红岩寺隧道
二、厦门海沧海底隧道设计关键技术
项目位置
海沧海底隧道是完善厦门城市路网结构,缓解进出本岛交通压力的重要通道
第二西通道 海沧大桥
第二东通道
仙岳路 本 岛
翔安隧道
连接厦门市本 岛海沧的第二 条通道。
兼具公路和城 市道路双重功 能。
隧道总体方案

屿

海 沧
跨海隧道轴线
码 头
二 通 道
兴湖路地下互通
国内最早从事水下隧道设计,完成20余项水下隧道设计、咨询项目,涉及钻爆、沉 管、盾构及围堰等工法。
参与国家级课题3项、省部级课题12项,重大工程的科研项目30余项。 创造十多项国内乃至世界第一,获国家、省部级设计奖、科技进步奖30项。 获授权专利10项,主持和参与行业标准规范9部,技术专著5部。
工可、初设

海底隧道流固耦合模型试验系统的研制及应用_李术才

海底隧道流固耦合模型试验系统的研制及应用_李术才

第32卷第5期岩石力学与工程学报V ol.32 No.5 2013年5月Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering May,2013 海底隧道流固耦合模型试验系统的研制及应用李术才,宋曙光,李利平,张乾青,王凯,周毅,张骞,王庆瀚(山东大学岩土与结构工程研究中心,山东济南 250061)摘要:围岩与水体的流固耦合作用对海底隧道的稳定性具有重要影响,很有必要开展流固耦合模型试验研究。

根据流固耦合模型试验的特点,研制可用于模拟准三维平面应力和平面应变的新型流固耦合模型试验系统。

该系统的整体尺寸为3.4 m×3.0 m×0.8 m(宽×高×厚),由钢结构架、钢化玻璃试验箱和水压加载装置组成。

其中钢结构架由6榀可独立操作的高强度合金铸钢构件通过高强螺栓连接组合而成;钢化玻璃试验箱结构,既能保证试验要求的密封性,又便于可视化观察施工过程中海底隧道围岩渗流、变形特征。

同时,采用研制的新型流固耦合模型试验系统和独立研制的新型流固耦合相似材料依托青岛胶州湾海底隧道开展流固耦合模型试验研究,揭示海底隧道施工过程中洞壁压力和围岩位移场、渗流场等的变化规律。

研究方法技术及结果对类似工程研究具有一定的指导和借鉴意义。

关键词:隧道工程;海底隧道;流固耦合;模型试验;相似材料中图分类号:U 45 文献标识码:A 文章编号:1000–6915(2013)05–0883–08 DEVELOPMENT ON SUBSEA TUNNEL MODEL TEST SYSTEM FOR SOLID-FLUID COUPLING AND ITS APPLICATIONLI Shucai,SONG Shuguang,LI Liping,ZHANG Qianqing,WANG Kai,ZHOU Yi,ZHANG Qian,WANG Qinghan(Research Center of Geotechnical and Structural Engineering,Shandong University,Jinan,Shandong250061,China)Abstract:Solid-fluid interaction between surrounding rock and water body has significant influence on the stability of subsea tunnel. It is necessary to analyze the solid-fluid interaction involved in the construction of subsea tunnels using a model test. According to the feature of solid-fluid coupling model test,a new type of system for solid-fluid coupling model test was presented to simulate the quasi-3D plane stress and plane strain. The model test system was designed as 3.4 m in length,3.0 m in height and 0.8 m in width,and composed of rack body with steel structure,test chamber with toughened glass and loading devices of water pressure. The steel structure rack body consists of 6 steel structure members operated independently and connected by screw bolts with high strength. Toughened glass was used to assure leakproof of the test chamber and easily inspect the seepage and deformation of surrounding rock during subsea tunnel construction process. Furthermore,based on a new type of simulation material,the proposed new type of model test system was applied to the solid-fluid coupling model test for the Kiaochow Bay Subsea Tunnel. The pressure on tunnel wall,the variation of seepage and displacement of surrounding rock mass can be captured using the model test. The research methods and收稿日期:2012–10–09;修回日期:2012–12–24基金项目:国家自然科学基金国际合作与交流项目(50820135907);国家自然科学基金重点项目(51139004);国家自然科学基金青年科学基金项目(50909056)作者简介:李术才(1965–),男,博士,1987年毕业于山东矿业学院土木工程系矿井建设专业,现任教授、博士生导师,主要从事裂隙岩体断裂损伤、地质灾害超前预报与防治等方面的教学与研究工作。

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厦门东通道工程跨海通道主体工程第三轴线暗挖 隧道方案 ,主体隧道长约 6000 m ,起点位于厦门岛下 边村南侧 ,在厦门岛内西接仙岳路 ,从五通码头以北沿 北偏东约 39°方向跨海 ,至下店村东北角 ,接大陆岸连 接线 ,与福厦高速公路连接 。在研究中使用美国 Itasca Consulting Group Inc 开发的商用软件 FLAC3D ,对厦门海
Key word : Xiamen subsea tunnel ; coupled fluid2mechanics theorem ; FLAC3D ; stability
底隧道的开挖施工过程进行流固耦合分析 ,研究成果
0 引 言 Ξ
对后续施工设计有一定指导意义 。
中国大陆海岸线北起鸭绿江口 ,南至北仑河口 ,长 约 1. 8 万 km。加上岛屿海岸线 ,总长约 3 万 km。沿 岸多优良海湾和港口城市 ,自北向南依次有大连 、秦皇 岛 、天津 、烟台 、青岛 、连云港 、南通 、上海 、宁波 、温州 、 福州 、厦门 、广州 、湛江 、北海等 ,但可惜的是中国仍没 有一条海底隧道 ,严重限制了沿海城市的发展 。现在 , 厦门开始了中国第一条海底隧道的论证工作 ,其中涉 及到很多岩石力学问题 ,给岩石力学工作者带来了机 遇和挑战 。目前 ,在隧道工程设计和施工中主要采用 经验类比法 。三维显式有限差分法程序 FLAC3D在模 拟岩土材料的流固耦合方面的可靠性已被岩石力学界 认可 ,该程序为模拟岩体内渗流状态提供了有效的分 析工具 。
nal of the tunnel . Based on original design of the tunnel , rock covers with a decrease of 4 m is considered in the numerical simulations . From the
numerical results of stress distribution , displacements ,plastic zones of rock mass and pore2pressure distributions after excavation with rock cover
1 流固耦合计算原理
FLAC3D模拟岩体的流固耦合机理时 ,将岩体视作
多孔介质 ,流体在孔隙介质中的流动依据 Darcy 定律 ,
同时满足 Biot 方程 。使用有限差分进行流固耦合计算
时 ,几个关键方程简要介绍如下 :
1. 1 平衡方程
对于小变形 ,流体质点平衡方程为 :
- qi , i + qv = 55ζt ,
decreasing 4 m ,it can be concluded that the tunnel is stable even the rock cover of the subsea tunnel decreases 4 m compared to the original design
elevation. Some conclusions are obtained which are useful for the future construction and other rock engineering.
② 1. 0
0. 35
③ 15. 0 0. 25
④ 10. 0 0. 30
凝聚力 c 摩擦角 φ 密度 渗透系数 / MPa / (°) / (kg·m - 3)/ (m·d - 1)
0. 033 23
0. 2
30
1. 0
39
0. 7
35Biblioteka 1950 2650 2650 2650
0. 064 6. 4 ×10 - 4 6. 4 ×10 - 6 6. 4 ×10 - 6
第 26 卷 第 3 期 2004 年 5 月
岩 土 工 程 学 报
Chinese Journal of Geotechnical Engineering
Vol. 26 No. 3 May , 2004
厦门海底隧道的流固耦合分析
Co upled fluid2mechanical analysis of Xia men subsea tunnel
2 数值计算方案
2. 1 岩体物理力学参数 根据地质勘察和设计院提供的参数分析报告 ,在
进行数值模拟计算时 ,岩体基本物理力学参数见表 1 。
表 1 岩体物理力学参数 Table 1 Mechanical parameters of rock mass
岩 弹性模量 泊松比
性 / GPa
μ
① 0. 05 0. 40
如下形式 :
qi = - k [ p - ρf xjgj ] ,
(3)
式中 k 是介质的渗透系数 (m2/ pa·s) ;ρf 是流体密度
(kg/ m3) ; gi ( i = 1 ,3) 是重力加速度的三个分量 (m/
s2) 。
1. 3 本构方程
体积应变的改变引起流体孔隙压力的变化 ,反过
来 ,孔隙压力的变化也会导致体积应变的发生 。孔隙
李廷春1 ,2 ,李术才1 ,陈卫忠1 ,邱祥波1
(1. 中国科学院 武汉岩土力学研究所岩土力学重点实验室 ,湖北 武汉 430071 ;2. 山东科技大学 土木建筑学院 ,山东 泰安 271019)
摘 要 :为了验证厦门海底隧道最小顶板厚度比设计厚度减小时隧道的稳定性 。在厦门海底隧道轴线的地质剖面图上 ,选取了 4 个典型剖面 ,根据设计方案 ,将隧道轴线高程比原设计升高 4 m ,依据流固耦合理论 ,应用三维快速拉格朗日法进行数值分析 。从隧 道轴线升高 4 m 时 ,开挖后的应力分布 、洞周位移 、塑性区 、孔隙水压力分布等结果 ,可以得出将设计方案的轴线位置升高后 ,隧道 是稳定的 。同时 ,得到一些对后续施工和其他工程有一定的指导意义的有益结论 。 关键词 :厦门海底隧道 ;流固耦合理论 ;快速拉格朗日法 ;稳定性 中图分类号 : TU 451 文献标识码 :A 文章编号 :1000 - 4548 (2004) 03 - 0397 - 05 作者简介 :李廷春 (1968 - ) ,男 ,副教授 、在读博士 ,主要从事裂隙岩体力学特性及岩土工程爆破研究 。
LI Ting2chun ,LI Shu2cai ,CHEN wei2zhong ,QIU Xiang2bo
(1. Key Laboratory of Rock and Soil Mechanics ,Institute of Rock and Soil Mechanics , Chinese Academy of Sciences , Wuhan 430071 , China ; 2. College of Civil Engi2 neering and Architecture , Shandong University of Science and Technology , Tai’an 271019 , China)
根据国内外工程类比和设计院的初选方案 ,给定 了隧道底板的基准方案 ,从技术和经济的角度 ,建议将 隧道底板高程升高 4 m ,本文将讨论底板升高后 ,隧道 岩体内的渗流场特征 。
数值分析的隧道剖面关键点的位置见图 1 。模型 中双线隧道的中心距为 50 m ,本次计算考虑一次全断 面开挖 。地质剖面和设计隧道轴线布置示意图如图 2 所示 。为便于结果分析 ,在隧道全程共选取 4 个典型 剖面进行结果提取和分析 ,分别是 : K8 + 350 、K8 + 750 、 K9 + 450 和 K11 + 120 。
3 三维流固耦合计算结果
3. 1 孔隙水压力分布特征 隧道轴线高程升高 4 m 开挖 70 d 后 ,侧压系数为
0. 6 和 0. 9 的孔隙水压力分布见图 3 所示 。从隧道横 剖面内的孔隙水压力变化来看 ,隧道开挖后 ,远场孔隙 水在水压作用下向临空面流动 ,最终达到稳态。受篇幅 限制 ,图中只给出了双洞中的左洞。由图可见 ,在孔隙 水压力分布方面 ,双洞的相互影响比较大。从本次计算
第 3 期
李廷春 ,等 1 厦门海底隧道的流固耦合分析
Abstract :In order to verify the stability and rock cover of Xiamen subsea tunnel which is under design now . According to coupled fluid2mechani2 cal theorem , FLAC3D ( Fast Lagrangian Analysis of Continua in 3 Dimensions) numerical analysis for 4 profiles has been done along the longitudi2
介质本构方程的增量形式为 :
Δσij + αΔpδij =
H
3 ij
(σij
,Δεij)
,
(4)
式中
Δσij
应力增量 ;
H
3 ij
是给定函数 ;εij
是总应变 。
1. 4 相容方程
应变率和速度梯度之间的关系为 :
εij = ( vi , j + vj , i) / 2 ,
(5)
式中 vi 是介质中某点的速度 。
Ξ 基金项目 :国家自然科学基金资助项目 (50379052 ;50004007) 收稿日期 :2003 - 12 - 16
398
岩 土 工 程 学 报
2004 年
颗粒热膨胀系数 (1/ ℃) 。
1. 2 运动方程
流体的运动用 Darcy 定律来描述 。对于均质 、各
向同性固体和流体密度是常数的情况 ,这个方程具有
1. 5 边界条件
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