基于流固耦合的海底隧道注浆圈合理参数研究

在海底隧道注浆设计中,除需要保证隧道施工期和运营期的安全性外,还要兼顾隧道的经济性,使得工程既安全又经济。因此,合理确定注浆圈的厚度及渗透系数等参数是海底隧道工程中一个亟待解决的问题。本文以青岛胶州湾海底隧道为工程背景,通过理论计算和数值模拟两种手段对海底隧道注浆圈合理参数的选取进行了以下研究: （1）对地下水在裂隙介质中的渗流规律作了详细的介绍,同时对围岩、支护结构与地下水相互作用的流固耦合计算模型的建立及相应的求解办法进行了论述。 （2）运用达西渗流定律,推导出均质围岩中海底隧道衬砌背后水压力和最大涌水量的理论计算公式;分析了最大涌水量、衬砌背后水压力与注浆圈各参数之间的关系以及衬砌背后水压力与隧道控制排水量之间的关系。 （3）采用了双剪统一强度理论,对圆形海底隧道的围岩进行了弹塑性分析,得出了流固耦合作用下围岩的应力场、位移场、塑性区半径、特性曲线方程的理论计算公式;分析得出流固耦合作用和中间主应力效应对隧道围岩稳定的影响规律。 （4）采用有限差分程序—FLAC 3D,针对青岛胶州湾海底隧道F4-4断层破碎带进行了数值模拟,系统分析了注浆圈厚度、渗透系数及隧道排水方式对围岩渗流场、应力场、位移场、破坏区的影响规律,并与理论解析所得的结果进行对比验证。 （5）在理论计算和数值分析的基础上,给出了流固耦合作用下海底隧道注浆圈合理参数的选取方法,并就青岛胶州湾海底隧道F4-4断裂破碎带的注浆工程进行了初步设计,给出了相关注浆参数。由于工程地质资料和破碎带透水性等因素的不确定性,注浆参数还需要根据现场的注浆试验做进一步的调整。