海底隧道含水?dāng)鄬佑克糠治黾巴凰L(fēng)險預(yù)測方法研究.pdf

1、海底隧道施工經(jīng)過斷層破碎帶等不良地質(zhì)段時，在開挖卸荷和海水壓力的共同作用下，常會引發(fā)突涌水等地質(zhì)災(zāi)害，對施工安全造成嚴(yán)重威脅。因此，科學(xué)準(zhǔn)確地進(jìn)行隧道涌水量預(yù)測和突水風(fēng)險分析至關(guān)重要。本文以青島膠州灣海底隧道工程為依托，采用理論分析、數(shù)值計算等手段對海底隧道穿越含水?dāng)鄬訒r的涌水量分析方法和突水風(fēng)險預(yù)測方法進(jìn)行了探討。
　　(1)本文總結(jié)了隧道涌水量預(yù)測方法、斷層突水致災(zāi)機(jī)理、隧道突水風(fēng)險分析方法的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與研究進(jìn)展，通過對海

2、底隧道安全事故的統(tǒng)計分析得出突涌水是海底隧道最主要的施工風(fēng)險之一。斷層破碎帶內(nèi)裂隙發(fā)育、巖體破碎，圍巖穩(wěn)定性差，因此，對海底隧道穿越含水?dāng)鄬訒r的涌水量預(yù)測方法和突水風(fēng)險分析方法的研究是非常必要的。通過與理論解析法預(yù)測的涌水量的對比可知，本文采用的涌水量數(shù)值計算預(yù)測法有一定可靠性。
　　(2)運(yùn)用多物理場耦合軟件COMSOL Multiphysics對海底隧道含水?dāng)鄬舆M(jìn)行了涌水量分析數(shù)值模擬，利用Darcy方程和孔隙-裂隙雙介質(zhì)模型

3、，研究了不同覆巖厚度、海水深度、圍巖滲透率、裂隙傾角、裂隙間距對涌水量的影響。通過與理論解析法計算的涌水量的對比可知，本文采用的涌水量數(shù)值計算預(yù)測法有一定可靠性。
　　(3)通過建立斷層突水的尖點(diǎn)突變模型，對隧道發(fā)生斷層活化突水和隔水結(jié)構(gòu)破斷突水的機(jī)理進(jìn)行了分析。建立了斷層突水風(fēng)險尖點(diǎn)突變勢函數(shù)，然后基于平衡曲面方程，運(yùn)用坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的方法，提出了海底隧道含水?dāng)鄬蛹恻c(diǎn)突變模型突水判據(jù)，選取青島膠州灣海底隧道4條具有較高突水風(fēng)險的含水?dāng)?/p>

4、層，計算其突水指標(biāo)從而預(yù)測突水是否發(fā)生，同時探討了該預(yù)測模型的優(yōu)缺點(diǎn)和適用性。
　　(4)運(yùn)用特菲爾-理想點(diǎn)法和突變級數(shù)法，以斷層構(gòu)造特征、物探解譯信息、誘發(fā)因素等方面為基本出發(fā)點(diǎn)，提取了斷層兩盤巖體的風(fēng)化程度、斷層帶滲透系數(shù)、斷層傾角、斷層影響帶寬度、縱橫波速比、視電阻率值、上覆巖層厚度、海水深度、施工擾動水平等9個影響因素作為突水風(fēng)險的評價指標(biāo)，并將斷層突水風(fēng)險分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ（極高風(fēng)險、較高風(fēng)險、較低風(fēng)險、極低風(fēng)險）4個等