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1、2007年第3期水文地质工程地质·67·越江隧道钻爆法施工最小岩石覆盖层厚度研究1121靳晓光,张燕琼,林 志,颜 勤(11重庆大学土木工程学院,重庆 400045;21重庆交通科研设计院,重庆 400067)摘要:越江隧道上覆最小岩石覆盖层厚度是决定隧道建设造价和安全的主要因素之一。以拟建的重庆朝天门两江隧道为例,采用工程类比法和3D弹塑性有限元数值模拟对隧道钻爆法施工的最小岩石覆盖层厚度进行了分析。工程类比分析表明,在正常水位条件下隧道最小岩石覆盖层厚度为22～27m;数值模拟分析表明,在历史最高洪水位条件
2、下隧道最小岩石覆盖层厚度为23m。综合分析认为,两江隧道合理的最小岩石覆盖层厚度为23m。关键词:越江隧道;最小岩石覆盖层厚度;工程类比;数值模拟中图分类号:U451;U455141文献标识码:A文章编号:100023665(2007)0320067204[3～4]和公路隧道主要集中在日本和挪威。根据挪威已1 引言建的海底隧道经验,统计建立了完整好岩石(如Ⅰ、Ⅱ岩石覆盖层厚度是决定越江隧道建设造价和安全级围岩)和破碎岩石(如Ⅴ、Ⅵ级围岩)最小岩石覆盖层的主要因素之一。隧道覆盖层厚度越小,江底隧道越厚度与海水深度
3、的关系,可供参考(图1)。短,静水压力越低,作用在衬砌上的势能荷载也越小;覆盖层厚度越厚,在江底和隧道之间的渗流通道就越长,就会降低流向隧道的渗水量。因此,越江隧道的建设必须保证足够的岩石覆盖层厚度,在发生意外(如岩石崩落和坍塌)时不至于在隧道里出现危险,同时避免江水的大量渗漏。从相关文献和越江隧道建设工程实例来看,所有确定最小岩石覆盖层厚度的方法都建立于详细的地质调查资料基础上,主要采用工程类比法图1 挪威海底隧道最小岩石覆盖层厚度与海水深度和数值分析法进行分析。本文以规划拟建的重庆朝天的经验曲线门两江隧道为
4、例,采用工程类比法和数值分析法,对越Fig.1Empiricalcurveoftheminimumoverlyingrockthink2江隧道上覆最小岩石覆盖层厚度进行了探讨。nessvstheseawaterdepthofsubmarinetunnelinNorwegian拟建的朝天门两江隧道为双洞单向2车道,越江日本第一条钻爆法海底铁路隧道建成已有60余段单洞长904m,建筑限界为宽1015m、高510m。属城年,并于1998年竣工了世界瞩目的青函海底隧道,在市主干道Ⅰ级,计算行车速度为50kmPh。隧道水
5、深[4～5]此方面积累了较多经验,其经验公式为:30m(防洪标准警戒水位)～46m(历史最高洪水位)[1～2]。12H=～·h332 工程类比分析式中:H———海底隧道埋深;h———最大海水深。采用钻爆法设计和修建的水底(主要是海底)铁路211 隧道工程地质条件(1)地层岩性及工程地质岩组收稿日期:2006207206;修订日期:2006209207隧道穿越地层主要为侏罗系中统上沙溪庙组中段基金项目:国家自然科学基金项目(50334060,50679097);重庆2(J2s)紫红色厚层、块状砂质泥岩,局部夹薄层
6、长石石市自然科学基金项目(CSTC,2006BB6167)al+pl英砂岩或透镜体;上部为全新统洪冲积层(Q4)(图作者简介:靳晓光(19672),男,副教授,博士后,从事隧道与地下工程、地质工程、道路工程等科研和教学工作。2)。主要工程地质岩组为软质岩工程地质岩组(C)、E2mail:Jxgcqu@1631com较软岩工程地质岩组(B)。软质岩工程地质组工程地·68·水文地质工程地质2007年第3期 质性质基本稳定,强风化带岩石厚1140～4110m,单轴3 数值模拟分析抗压强度419～1412MPa,岩体纵
7、波速2300～3920mPs,岩石纵波速3160～4718mPs,完整性系数0169～目前,围岩稳定性的判据大体可归纳为围岩强度0180。较软岩工程地质岩组工程地质性质较稳定,强判据和围岩变形量或变形速率判据。在低围压条件风化带岩石厚1160～2150m。单轴抗压强度1910～下,当岩体内某斜截面的剪应力超过破坏理论规定的2719MPa,岩体纵波速2210～4561mPs,岩石纵波速滑动界限范围时,岩体就发生剪切极限破坏;当围岩的4000～4950mPs,完整性系数0170～0186。变形量或变形速率超过一定值
8、时,也认为岩体发生破坏。把上述判据应用于水下隧道最小岩石覆盖层厚度的分析可假定为:①在应力状态变化中以主应力的扰动范围作为依据来分析各计算工况的岩石覆盖层厚度;②以相邻2种工况同一位置的位移收敛和变化最[5～6]小作为确定最小岩石覆盖层厚度的依据。311 数值分析模型的建立及参数选取根据隧道工程地质纵断面特征和有限元计算分析原理,建立如图3所示的分析模型,隧道拱顶上覆基岩23m,松散覆
