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21世纪是地下工程的世纪,隧道往往成为跨海和跨江河的首选穿越方案。传统浅埋暗挖方法在水下隧道施工中遇到许多问题,成为隧道工程界的难点和热点问题。本文结合长沙市科技计划项目“水下软岩隧道浅埋暗挖矿山法施工的关键控制技术开发应用”、中铁隧道集团立项的科技攻关项目“浅埋暗挖水下隧道施工关键技术研究”和国家自然科学基金(50878213),以浏阳河水下隧道为背景,展开浅埋暗挖水下隧道管棚预支护作用机理、水渗流作用下开挖的扰动效应研究。研究过程中,针对隧道不同位置,即浅埋暗挖小间距段和分离段,分别展开研究。主要工作内容为：1)对目前国内外隧道管棚预支护理论进行较系统的总结。结合水下隧道,研究管棚预支护作用机理及有待进一步研究的问题。在此基础上,运用管棚预支护理论分析水下隧道浅埋暗挖中支护结构的设计参数；2)以连续地基梁理论为基础,建立管棚支护结构与围岩相互作用模型；推导管棚结构的挠度方程、转角、弯矩方程及地基反力方程,建立了基于连续地基梁反力方程的隧道开挖面边坡稳定评价模型。3)小间距隧道开挖的扰动效应,即：(1)分析隧道在不同施工方法和不同开挖顺序开挖后围岩变形的空间效应；(2)确定隧道开挖管棚支护后引起的围岩变形的幅度和范围；(3)找出隧道开挖最不利荷载工况和结构薄弱部位,为施工方案的制定提供理论依据和决策支持；4)水下洞身浅埋暗挖段隧道开挖的扰动效应,即：(1)从渗流连续性方程和渗流运动方程出发,在多孔介质中的饱和渗流的基本方程的基础上,并基于Biot固结理论,推导求解水下隧道围岩与水耦合问题的渗流微分方程组及定解条件；(2)综合考虑流固耦合效应以及围岩与管棚支护结构共同作用,改进了以往数值方法在反映隧道流固耦合效应方面的不足,建立能同时反映岩土体力学特性和水体流动规律的流固耦合模型；(3)针对三维有限差分程序FLAC3D的流固耦合计算功能,系统研究FLAC3D求解流固耦合问题的建模方法,并对FLAC3D进行二次开发,确保流固耦合相互作用的各个方程在FLAC3D中得到实现。在此基础上,采用FLAC3D模拟浏阳河水下隧道施工,分析不同水位下,动态开挖对围岩稳定性及地表沉陷的扰动影响。