厦门海底隧道建设中涌水量流固耦合数值模拟.pdfVIP

No．2 第43卷第2期 现代隧道技术 V01．43 Modem 2006年4月 Tunnelling7rechnology Apr．2006 文章编号：1009—6582(2006)02—0034—04 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 (中交第二公路勘察设计研究院，湖北武汉430052) 摘要文章运用有限差分软件(FLAc”)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。 关键词海底隧道涌水量流固耦合 中图分类号：U456．3+2文献标识码：A 200 长4 m。本隧道采用钻爆法施工，穿越几条破碎 1 引 言 带及风化槽区段，施工难度大，因此对隧道的涌水量 近几年，我国铁路和高速公路建设迅猛发展，随 进行数值模拟预测、并与勘察数据进行对比，具有重 着国家铁路网和公路网规划的颁布和实施，将有大 大意义。 量的铁路和高速公路上马，其中许多是在山区建造。 本次计算所用软件为美国ITAscA公司所研发 铁路、公路隧道在穿越富水地层时，大多存在着涌 的FLAC软件。该软件采用差分原理，运用动态松 水、突水以及高水压问题。根据有关资料记载，洞身 弛方程，不必生成刚度矩阵，不必求解大型方程组， 穿过碳酸盐岩的隧道中，几乎不同程度地遇到了地 适合模拟岩土工程中的开挖和支护以及塑性流动和 下水的危害。如：大瑶山隧道班古坳竖井平导施工 流固耦合计算。 至1994+213 m时，突发携带大量泥砂的岩溶水， 2流固耦合计算原理 造成竖井和洞内设备被淹没，中断施工达1个月之 久；广渝高速公路华蓥山隧道发生涌水时，涌水量高 采用FLAC3D模拟岩体的流固耦合机理时，将岩 880 达686 m3／d；京广铁路南岭隧道也发生过涌水， 体视作多孔介质，流体在孔隙介质中的流动依据 000 涌水量高达81 m3／d；雅砻江二级电站施工探洞 发生过高达2m3／s的大突水，冲毁了施工设施并废 行流固耦合计算时，有下述几个关键方程。 弃了一条施工隧洞。在国外，日本东海道干线旧丹 2．1 平衡方程 那隧道(长7．84km)，开工后曾遇6次大突水，泥屑 对于小变形，流体质点平衡方程为： 000 突出7 m3，水压高达1．4～4．2MPa，突水量最 大达134．4 一‰+g。=豢 (1) m3／min，造成严重伤亡，贯通后总涌水 152 量达145 m3／d，致使工期延误达16个月之久。式中：gi为渗流速度(n∥s)；g，为被测体积的流体源 从以上的统计中可以看出，涌水事故危害极大，它 强度(1／s)；f为单位