[发明专利]水下盾构隧道最小覆土厚度的确定方法

说明书

本发明提供一种水下盾构隧道最小覆土厚度的确定方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：了解拟建水下盾构隧道的工程背景，开展场地水文地质条件勘察，获取拟建水下盾构隧道和水文地质的相关参数和信息；开展场地不同类型土体的室内三轴压缩试验和固结试验，获取场地不同类型土体的相关参数；计算水下盾构隧道最小覆土厚度的上限计算水下盾构隧道最小覆土厚度的下限基于三维有限差分法开展水下盾构隧道最小覆土厚度的下限至水下盾构隧道最小覆土厚度的上限范围内不同覆土厚度时的水下盾构隧道施工的流固耦合分析；分析基于三维有限差分法获得的不同覆土厚度时的水下盾构隧道施工过程中的管片变形规律。

技术领域

本发明涉及岩土工程领域，主要涉及一种水下盾构隧道最小覆土厚度的确定方法。

背景技术

近年来，随着工程建设的飞速发展，穿越江、河、湖、海等水体的水下隧道工程越来越多，例如杭州地铁1号线穿越钱塘江工程、孟加拉卡那普利河底隧道工程、合肥方兴湖明挖湖底隧道工程、港珠澳大桥海底隧道工程等。

在水下隧道的设计过程中，最小覆土厚度是必须要确定的最重要的参数之一，该参数的取值直接决定了水下隧道的安全稳定与工程造价。目前，研究者和工程师们已提出了多种水下隧道最小覆土厚度的确定方法。例如中国专利文献CN111441822A公开了一种水下矿山法隧道合理埋深计算方法，该方法在确保隧道顶部覆盖层安全的前提下使矿山法隧道施工期间防水、排水不再是影响施工进度的主要因素之一；例如中国专利CN106897475B公开了一种浅覆水下盾构隧道最小覆土层厚度确定方法及其系统，根据极限平衡的思想，由∑Y＝0建立隧道上覆土处于极限平衡状态时的平衡方程；根据隧道上覆土处于极限平衡状态时的平衡方程，综合考虑隧道管片外径和内径、管片重度、管片环间螺栓连接的螺栓预紧力、管片环间摩擦系数、同步注浆浆液重度、地层饱和重度、地层摩擦角和静止侧压力系数得到最小覆土厚度的计算公式；在考虑最大注浆压力条件下和不考虑注浆压力条件下，得到最小覆土层厚度取值范围，结合包括地层围岩种类、两岸接线难度和安全系数储备因素，最终确定最小覆土层厚度，该方法考虑了多种影响浅覆水下盾构隧道最小覆土层厚度确定的因素，与现场实际更为接近；例如中国发明专利CN107806350B公开了一种水下隧道最小埋深确定方法，该方法考虑了加固措施和施工方案的作用。中国发明专利文献CN108647473A公开了一种盾构法修建海底隧道合理埋深计算方法，确定拟建设海底隧道区域气象、水文和地质环境条件，并获得水力学参数值和岩土体物理力学参数；获取以往海底隧道案例，将不同地质条件、直径大小的单洞/多洞隧道建设信息进行整理，分析拟建设海底隧道区域存在的、影响埋深的因素；由工程类比法和数值计算方法，确定出各因素影响下的不同埋深值；由权重分析法，计算出各评判因子所占权重值，得到最终的埋深值，该方法为盾构法修建隧道提供了参考与帮助；例如中国发明专利文献CN102628372A公开了一种基于工程控制措施的水下隧道最小埋深确定方法，该方法考虑了工程技术措施的作用，可以适当降低工程造价；例如中国发明专利CN108842821B公开了一种钻爆法修建海底隧道合理埋深的计算方法，该方法克服了钻爆法修建海底隧道时影响因素众多造成的合理埋深值估算不准确的难题；例如中国发明专利CN108385727B公开了一种沉管法修建海底隧道合理埋深计算方法，该方法采用权重分析法对沉管隧道埋深评判因子进行权重计算，为沉管法隧道的埋深计算提供了参考与帮助。

然而，以上方法均未考虑水下隧道施工过程中隧道周围地层中的流固耦合效应，不符合实际状况，因此基于上述方法获取的水下盾构隧道的最小覆土厚度的合理性有待进一步商榷。事实上，水下隧道的安全与稳定性在很大程度上受制于渗流水作用下的软弱破碎带围岩稳定性，在高水压条件下施工水下盾构隧道，渗流场对于结构及围岩应力场有很大影响。在流固耦合效应下，隧道管片需要承担更大的拉力。可见，在确定水下盾构隧道最小覆土厚度时，有必要考虑流固耦合效应，这对于保证水下盾构隧道施工过程中的安全与稳定以及节约工程造价具有重要意义。

发明内容