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本文通过对厦门东通道翔安海底隧道开挖的重点剖面进行流固耦合计算和强度折减法计算开挖安全系数,得到地下巷道在水渗流作用下,两种工况下其稳定性的评价。
首先,使用RFPA软件的流固耦合方法,对隧道开挖的三个重点剖面进行水渗流作用下的应力场和位移场进行分析,与不考虑渗流作用的结果相比,最大拉、压应力均有增大,说明孔隙水压力的存在,更不利于硐室的稳定。从不同顶板厚度模拟对比情况来看,目前隧道轴线高度的设计是合理的(即最小顶板厚度是最佳值)。对于不同侧压系数下的流固耦合计算结果来看,侧压系数在0.6时,硐室周围关键点的位移大于侧压为0.9时的位移,从结果的趋势上来看是符合弹性分析的理论解。同时,当侧压系数在0.9时,应力场的分布会比侧压0.6时更有利于隧道的稳定,表现在原应力集中部位其应力集中程度降低,应力的分布更趋向于均匀化。从隧道硐室围岩的破坏变形分布上来看,渗流的发生使得隧道局部容易产生塌落,尤其是在拱顶和侧墙部位,在施工时应加强支护。
从巷道三维断裂分析的数值模拟计算结果来看,同样能够得到侧压增大能够改善巷道周边应力场分布的结果。但是从断裂分析结果来看,侧压对不同的开挖面的影响程度是不一样的。同时通过对K10+834断面的两个平行巷道分析,可以看出两个巷道彼此之间的影响不大,开挖后稳定性没有太大影响。用强度折减法模拟巷道开挖后的失稳,通过对破坏过程以及应力场、位移场的分析,得到巷道重点剖面开挖安全系数在5-8之间,表明在现有工况下开挖隧道是安全可行的。
本文通过使用RFPA对厦门海底隧道的开挖进行数值模拟计算,为现场施工、同时也为其他类似的工程提供了一个可供参考的数值结果依据。