海底地铁隧道所处在半无限含水层中,地下水的补给理论上是无穷多的,因此地下水是着重考虑的问题;同时,因采用钻爆法施工,隧道在流固耦合效应下因爆破施工产生的振动效应会对隧道周边围岩产生损伤,在如此恶劣的条件下一旦诱发突涌水灾害,后果不堪设想;而在流固耦合效应下,隧道穿越断层破碎带时,会加剧围岩的破碎程度,进一步增大隧道失稳破坏的可能性,加大施工风险性。本文将青岛地铁1号线中的瓦屋庄站-贵州路站区间作为论文课题的工程依托,主要以此区间过海区间段为研究对象,通过理论分析、数值模拟及现场监测的方法,对海底隧道施工过程中的爆破施工振动响应及穿越断层破碎带稳定性进行研究,同时提出针对性的地层加固设计。本文主要的研究成果如下:(1)本文对现有流固耦合理论、海底隧道涌水量计算及强度准则等基本理论和方程进行了研究,并分析了爆破振动对隧道围岩的增渗机制,为后期研究流固耦合效应下隧道施工的数值模拟奠定理论基础;同时,通过FLAC3D软件建立隧道围岩渗透性演化数值模型,将数值模拟方法运用到推导新的隧道涌水量计算公式过程中,并基于海底隧道等价圆模型推导出符合本工程环境的涌水量计算公式;新推计算公式所得结果与传统理论公式计算所得结果均在一个数量级内,且相差较小,由此可知,将数值模拟运用到新的海底隧道涌水量计算公式的方法是可行的。(2)海底隧道施工过程中,渗流及爆破作用均会使隧道周边围岩塑性区增大,爆破振动对隧道周边围岩塑性区的发展影响比渗流作用大,是海底隧道塑性区产生的主要因素之一;海底隧道穿越断层破碎带时在施工扰动作用下,因不同地层的物理力学性质不同,具有不同的应力场及应变场,其承受的应力和应变量也不同,在不同地层接触面区域因各地层发生不同的变形量,两地层间很容易发生大变形的滑移,发生剪切破坏。(3)流固耦合效应下隧道开挖使得隧道周边的孔隙水压力一直呈现下降趋势,下降幅度由隧道上部越往下越大;爆破振动产生的挤压作用使得隧道周边围岩孔隙水压力会在短时间内急速上升,到达峰值后随着爆破振动的减弱及消失开始缓慢下降;爆破振动效应使岩性较差围岩的渗透率及渗透系数增大程度相较于岩性较好围岩的更高,进而在加入爆破振动效应后引起流体流动向量的大小发生变化。(4)爆破振动效应使围岩变形量急剧增大,爆破及渗流作用所引起的围岩变形量大于仅渗流作用单一条件下的变形量;在隧道穿越断层破碎带施工时通过数值模拟取监测点变形值,发现隧道周边围岩变形量过大,最大变形量达16.82mm,许多地方超出规范允许的预警值(拱顶沉降为± 12mm、净空收敛为±8mm),因此需对隧道穿越不良地质段提出有效的加固措施。(5)对隧道穿越断层破碎带提出针对性的注浆加固设计;对模拟数据与实测数据进行对比,发现两者位移及围岩压力的变化趋势一致,洞周变形的模拟值与实测值数据差距均未超过2倍,且数值模拟收敛后提取的围岩压力值也与实测值几近相同,由此证明数值模拟方法的可行性及准确性;实际工程采用注浆加固设计后,拱顶最大沉降值为-0.9mm、净空最大收敛值为2.6mm,均未超出规范要求的预警值,洞周围岩变形得到了有效控制。