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第1章 绪论 1

1.1 海底隧道的优点 3

1.2 海底隧道的特点 3

1.3 海底隧道修建方法 5

1.4 研究意义 6

1.5 世界海底隧道修建现状 8

1.6 中国海底隧道修建现状 14

1.7 海底隧道主要设计参数统计 18

1.8 本书主要内容 22

第2章 确定岩石覆盖厚度方法体系 24

2.1 方法体系 24

2.1.1 围岩稳定性分析岩石覆盖厚度 25

2.1.2 岩石准三维断裂损伤分析岩石覆盖厚度 25

2.1.3 海水渗流分析岩石覆盖厚度 26

2.1.4 地震载荷分析岩石覆盖厚度 27

2.1.5 爆破载荷分析岩石覆盖厚度 27

2.2 青岛胶州湾海底隧道 27

2.2.1 工程概况 27

2.2.2 工程地质 34

第3章 工程类比法 39

3.1 挪威经验法 39

3.1.1 岩石覆盖厚度经济性比较 41

3.1.2 世界主要海底隧道的最小岩石覆盖厚度比较 42

3.1.3 与海水深度相关的经验曲线 45

3.1.4 按纵波波速线性插值获得挪威经验建议值 48

3.1.5 与基岩埋置深度相关的经验曲线 50

3.1.6 挪威经验法小结 52

3.2 日本最小涌水量法 55

3.2.1 涌水量计算公式 55

3.2.2 日本最小涌水量法应用 61

3.3 国内顶水采煤法 62

3.3.1 国内顶水采煤法概述 62

3.3.2 国内顶水采煤法应用 64

3.4 国内规范方法 65

3.5 普氏压力拱理论方法 67

3.6 工程类比法计算数值分析 70

3.6.1 计算结果整理 70

3.6.2 对比分析 72

3.7 本章小结 73

第4章 数值计算法 74

4.1 数值计算判别准则 74

4.1.1 最小位移法判据 74

4.1.2 弹塑性计算 78

4.1.3 安全系数法判据 85

4.1.4 RFPA计算分析 85

4.2 断裂损伤计算 106

4.2.1 概述 106

4.2.2 断裂损伤有限元的基本原理 107

4.2.3 岩石覆盖厚度的断裂损伤分析 112

4.2.4 结论 115

4.3 爆破振动响应分析 117

4.3.1 钻爆法施工对隧道围岩的损伤分析 117

4.3.2 主隧道的施工爆破设计 124

4.3.3 解析法计算爆破振动对覆盖岩石的损伤范围 126

4.3.4 数值方法计算周边眼爆破对海底隧道覆盖岩石的损伤范围 130

4.4 地震振动响应分析 135

4.4.1 概述 135

4.4.2 地震动力学计算 136

4.4.3 小结 143

4.5 施工方法优化研究 143

4.5.1 概述 143

4.5.2 施工方法优化 146

4.5.3 小结 154

4.6 开挖效应的施工相互影响分析 154

4.6.1 概述 155

4.6.2 计算方案和参数 156

4.6.3 计算结果分析及施工方案优选 158

4.6.4 结论与建议 164

4.7 爆破振动的施工相互影响研究 164

4.7.1 研究现状 164

4.7.2 计算方案和参数 165

4.7.3 施工方案优选 167

4.7.4 爆破振动效应分析 170

4.7.5 结论与建议 176

4.8 本章小结 176

第5章 考虑渗流影响的海底隧道围岩稳定性研究 177

5.1 引言 177

5.2 模型试验的必要性和理论基础 178

5.2.1 地质力学模型试验及其研究历史 178

5.2.2 海底隧道流固耦合模型试验的研究现状和必要性 178

5.2.3 相似理论的基本定理 180

5.2.4 应力场与渗流场共同作用下的相似理论 181

5.3 试验设计 183

5.3.1 选择原型 183

5.3.2 不同覆盖层厚度的模拟 185

5.3.3 不同海水深度的模拟 186

5.4 海底隧道流固耦合模型试验 186

5.4.1 试验架装置 186

5.4.2 新型流固耦合相似材料的研制 188

5.4.3 量测技术与方案 194

5.4.4 试验实施过程 196

5.5 基于FLAC3D的海底隧道流固耦合数值模拟 199

5.5.1 FLAC3D流固耦合分析概述 199

5.5.2 基本条件与计算方案 201

5.6 结果分析 203

5.6.1 试验结果与数值模拟结果对比验证 204

5.6.2 方案1 206

5.6.3 方案2 215

5.7 本章小结 217

第6章 应用案例 219

6.1 青岛胶州湾海底隧道 219

6.1.1 各种方法确定的覆盖厚度 220

6.1.2 垂直线路比较 221

6.1.3 建议的岩石覆盖厚度 222

6.1.4 按围岩级别分类给出的建议值 226

6.1.5 建议拱顶高程与设计拱顶高程对比 226

6.2 厦门翔安海底隧道 227

6.2.1 工程概况 227

6.2.2 确定最小岩石覆盖厚度 232

6.3 舟山灌门水道海底隧道 233

6.3.1 工程概况 233

6.3.2 分析断面 239

6.3.3 研究成果 243

6.3.4 建议岩石覆盖厚度范围 245

6.4 宁波象山港海底隧道 245

6.4.1 工程概况 245

6.4.2 工程类比确定小蔚庄线位的最小岩石覆盖厚度 251

6.4.3 工程类比法确定后华山线位海底隧道最小岩石覆盖厚度 253

6.5 本章小结 255

第7章 现场反馈分析 257

7.1 施工监控量测 258

7.2 隧道围岩岩体力学设计参数的建议值 263

7.2.1 岩体单轴抗压强度 263

7.2.2 岩体变形模量 264

7.2.3 岩体内摩擦角 264

7.2.4 岩体的凝聚力 265

7.2.5 岩体的泊松比 266

7.3 隧道施工全过程位移释放率及位移全过程曲线 267

7.3.1 隧道施工全位移及全过程位移释放率 267

7.3.2 数值模拟 267

7.3.3 位移释放率建议值 274

7.4 动态增量位移正算反演分析 275

7.4.1 弹塑性动态增量位移反分析 276

7.4.2 线弹性动态增量位移反演正算反分析 278

7.4.3 计算参数反演 280

7.5 围岩稳定性和支护强度验算 282

7.5.1 简化的单元形式 283

7.5.2 模型建立 283

7.5.3 物理力学参数 284

7.5.4 边界条件 285

7.5.5 初始地应力计算 285

7.5.6 支护设计 285

7.5.7 开挖计算 287

7.5.8 支护效果稳定性分析 289

7.5.9 隧道支护结构受力 289

7.5.10 隧道支护结构截面强度校核 291

7.6 本章小结 293

第8章 总结与展望 294

8.1 总结 294

8.2 展望 294

参考文献 295

索引 307