厦门海底隧道海域风化槽段围岩稳定性研究.PDF

厦门海底隧道海域风化槽段围岩稳定性研究 1 1 1 于洪丹 ，陈卫忠 ，伍国军 (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) 摘要：厦门东通道海底隧道是一项规模宏大的跨海工程，是连接厦门市本岛和翔安区陆地的重要通道，也是 中国 大陆第一座采用钻爆法修建的大断面水底隧道。海底风化槽地段是隧道施工难度最大、最危险的部分，该部分采 用CRD工法进行施工，隧道开挖、支护过程中围岩和支护结构的受力和变形特征广为人们所关注，因此对于该段隧 道稳定性的研究具有重要意义。本文应用大型有限元软件ABAQUS，依据流固耦合理论，对翔安隧道风化槽段隧 道CRD工法的施工过程进行了三维动态仿真数值模拟，研究隧道施工过程中围岩的应力场、位移场、外水压力分布 规律以及支护结构受力情况和衬砌外水压力的分布规律，研究成果为该隧道施工和同类工程建设提供了理论依据 和实践经验。 关键词：海底隧道；CRD工法；流固耦合；有限元模拟。 1 引 言 厦门翔安海底隧道及两岸接线工程位于福建省厦门地区，是连接厦门市本岛和翔安区陆地的重要通道， 兼具高速公路和城市道路双重功能。该隧道长5.948km，两岸接线长2.747km 。该隧道工程穿越深海地段 2860m，潮间带1540m ，陆域地段1548m，隧道最深处在海平面以下约70米，设计为两孔三车道隧道，并在 两主隧道之间修建一条服务隧道，采用钻爆法修建。厦门海底隧道施工要穿过海底四条宽50至160m与海水 [1] [2]~ [4] 相通的构造风化深槽 ，这是该隧道施工中最困难的部分。若技术设施不到位 ，极易发生坍塌、突水 事故。因此对于该段隧道的研究具有十分重要的意义。 本文根据厦门翔安海底隧道风化槽地段的地质与施工特点，应用流固耦合理论，研究 CRD 工法时，隧 道施工过程中围岩和衬砌外水压力的变化过程以及围岩和衬砌的受力特征及工程超前支护的效果。 2 厦门海底隧道风化槽段工程概况 图 1 厦门翔安海底隧道风化槽位置图 根据地质勘查情况隧道主要穿越第四系覆盖层及燕山期侵入岩两大类地层[4~5] 。隧道洞口陆地及浅滩约 有 1100m 位于全强风化地段，又处于地下水位以下，海域隧道地段存在多处风化深槽，岩体主要为全、强 风化花岗岩，每处长约 50~ 100m ，静水压力 0.5~0.7MPa 。在海域内，左线有 10 处以上位于风化槽地段， 其中有 3 处在风化槽内穿过；右线有 9 处以上位于风化槽地段，其中有 4 处在风化槽内穿过。风化槽地段 围岩条件较差，一般为Ⅳ 、Ⅴ级围岩。厦门翔安隧道围岩力学参数如表 1 所示。洞口段为第四纪残积土和 全强风化花岗岩属Ⅳ、Ⅴ级软弱围岩，为保证施工的安全采用 CRD 工法[6] [7] 。根据地下水含水层所处的位 置不同，场区地下水可分为陆域地下水和海域地下水两大类。翔安海底隧道风化槽的分布见图 1 所示。计 算过程中模拟海域隧道施工进口段，海水深度为 20m 。 表 1 厦门翔安海底隧道围岩及结构材料基本力学参数 围岩及结构 E (GPa) μ γ (kN·m-3) C (MPa) φ(°) 弱风化槽 25.0 0.29 25 0.36 50 强风化槽 1.0 0.46 19 0.29 30 喷射混凝土 25 0.17