0 引言
隧道建设过程中，受地面环境及线路选线因素的影响，不可避免地会出现穿越江河、湖泊等地表水体的情况。在国内外建设的隧道工程中，并不多见接近或穿越水源的山岭隧道项目，而且国内对类似隧道的研究主要集中在建设中的设计及施工技术两方面。如高抗[1]对大瑶山 1号隧道下穿水库的防水设计与施工进行研究；柯小华[2]对洋坪隧道下穿洋坪水库进行设计施工总结；路清泉[3]分析和总结了采用浅埋暗挖法下穿河渠的止水和降水措施等。本文采用数值分析的方法研究不同水库水位和不同覆土厚度条件下隧道下穿水库的渗流耦合效应，研究成果可直接应用于本工程的力学分析、方案设计中，同时对类似工程也能起到很好的借鉴和理论参考作用。
1 工程概述
新区-原特区内第三通道工程全线采用地下山岭隧道形式，属特长隧道，双向 6 车道，设计行车速度 50 km/h，通道双线长约 4.42 km，并近距离下穿常年蓄水位为 5.08 m 的梅林水库。为了减小对水库的影响，同时也降低隧道施工的难度，平面线位由水库库尾处下穿，该位置水深相对较浅，约为 5 m，拱顶距离水库底为 20.8 m。
隧道下穿水库影响区域采用三台阶七步开挖法施工，开挖前进行全断面超前预注浆加固，隧道按照“新奥法”原理设计与施工，并结合反馈信息及时优化调整设计参数。下穿水库影响区域采用全断面超前预注浆，以封堵地下水、控制开挖变形，然后沿拱部开挖轮廓线布设超前大管棚，形成立体预支护体系，提高周边围岩及工作面稳定性，达到安全开挖、开挖后变形可控的目的。
隧道开挖后采用钢拱架、金属网以及喷射混凝土作为初期支护，隧道开挖时预留变形量，支护参数如表1 所示。
表1 隧道标准段支护参数 mm
围岩级别 初期支护形式钢拱架 喷射混凝土 钢筋网 二衬厚度型号 间距型号 厚度 直径 格距Ⅴ 钢拱架、金属网、喷混 I22b 70 C30 30 8 20 60
2 渗流耦合效应下隧道变形及稳定性分析
隧道下穿水库的设计、施工是一个复杂的水土耦合问题，地下水的渗流会影响围岩开挖的稳定性，而覆土厚度会削弱渗流对隧道结构的影响，所以在对隧道下穿水库的影响分析中，应综合考虑结构覆土厚度和水库水深的因素。基于 MIDAS GTS 软件，依据实际隧道施工工法建立有限元数值计算模型，研究在如表2 所示工况下，流固耦合作用对隧道周围的渗流场、隧道结构变形与受力的影响规律。
表2 工况设计表 m
水深 H 隧道拱顶与水库底距离 D 2.5 7.5 10 15 20 25 5 7.5 10 15 20 25
2.1 有限元模型建立
考虑建模的方便及模型计算效率，建立二维有限元模型。已有研究及现场监测资料均表明，由隧道开挖引起的地表沉降影响范围一般不超过 5倍隧道最终开挖宽度[4]，所以模型尺寸可定为 110 m×60 m，如图1所示。
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土体选用弹塑性本构模型，初期支护、临时支护计算中设置为弹性材料。土体采用二维平面单元模拟，支护采用梁单元模拟，模型共划分 15 600个单元。模型两侧及底部为透水边界，计算时地下水位根据实际选取，初期支护的渗透系数较小，可近似于不排水界面。隧道在正常推进的过程中，洞室和围岩界面为临空面，次面的孔隙水压力为0。
图1 有限元计算模型
2.2 隧道渗流影响分析
以水深 H = 5 m 的有限元计算结果为例，当D = 10 m、15 m 时，隧道开挖完的渗流矢量图如图 2、图 3 所示。
在隧洞没有开挖、地层没有被扰动之前，地下水始终以静水压力的形式保持一种平衡状态。洞室开挖使地层受到扰动，并且洞室与围岩交界面产生孔隙水压为 0 的新的透水边界，促使地下水向开挖边界处流动。由云图可知，随着隧道的开挖，水库水体向隧道内渗流，当隧道埋深不大于 10 m 时，隧道渗流呈现不均匀分布，拱顶最强且与水库底形成较强的渗流通道，隧道边墙渗流较小。随着隧道埋深的不断增大，渗流区域在拱底以上逐渐分布均匀，与库底的渗流通道减弱，且隧道周边渗流强度减小。
通过计算可得如下隧道渗流速度与净距 D 的关系曲线，如图 4 所示。
图2 D = 10 m、H = 5 m 时渗流矢量图
图3 D = 15 m、H = 5 m 时渗流矢量图
图4 渗流速度与净距的关系曲线
当净距为 7.5 m 时，渗流速率最大，且在净距增大到 10 m 的过程中，渗流速率以较快的速度迅速减小，即覆土对渗流的抑制效果显著。当水深 H 为 2.5 m 时，净距从 10 m 增大到 15 m 的过程中，渗流速率减小的速度大幅度趋缓，净距大于 15 m 时，渗流速率趋于稳定，即净距对渗流几乎不存在影响。当水深 H 为 5 m 时，净距从 10 m 增加到 20 m 的过程中，渗流速率减小的速度变缓，大于 20 m 时，渗流速率趋于稳定，净距对渗流几乎不存在影响。
在水库水深度不变的情况下，隧道渗流速率随净距增大逐渐减小，且最终趋于稳定，即存在一个“临界埋深”。隧道埋深小于“临界埋深”时，隧道埋深变化对隧道渗流影响较大；隧道埋深超过“临界埋深”时，隧道埋深变化对隧道渗流速率影响变小。
2.3 流固耦合变形影响分析
2.3.1 隧道拱顶沉降分析
不同计算工况下隧道拱顶沉降如图 5 所示。在考虑渗流情况下，随着隧道与库底净距的增加，拱顶沉降随之减小，且减小速率随净距增加而降低。由图中沉降差 ΔS 曲线可知，当净距大于 20 m 后，沉降差基本趋于0，即当隧道与水库底间距大于 20 m 后，水库水渗流对隧道结构变形的影响已很小。
由图1和图2可以看出，当含水量和温度共同作用时，温度分别为-3 ℃和- 7 ℃，无侧限抗压强度随着含水量的增加呈现下降的趋势，而且含水率在14%左右时，随着冻融循环次数的增加，土体强度减小的较明显。冻融由1～3次强度减小的较为明显，冻融7次与9次的土体强度越来越较为接近，这说明可能在冻融7次附近，土体强度已经降到最低。
根据《公路隧道设计规范》（JTG D70-），对于Ⅴ级围岩内的允许相对变形范围为 0.2%～0.8%，且拱顶下沉允许值按 0.5～1.0倍采用，即拱顶沉降允许值如表3 所示。
(4)教学语言要精练、简约，语气要友好，建立新型的师生关系。在讲解时要做到深入浅出，便于学生接受所学知识。课后主动与学生沟通，关爱学生，做学生的知心朋友。
水库水深为 2.5 m 时，隧道结构拱顶沉降在覆土厚度为 7.5 m 时达到最大值 55.6 mm，符合拱顶沉降允许值，且拱顶沉降随着覆土厚度增大而减小，故当 H = 2.5 m时，变形均符合要求，隧道距水库库底安全距离宜受渗流控制。
图5 不同水位下隧道拱顶沉降
表3 拱顶沉降允许值
覆土厚度 / m 7.5 10 15 20 25拱顶下沉允许值 / mm15～60 20～8030～12040～16050～200
2.3.2 库底沉降分析
地表沉降横向分布曲线的形状可用 Peck 公式合理地表达，在计算不同工况下地表沿隧道中心线两侧地表沉降的基础上，另用 Peck 公式计算地表沉降，计算结果对比如图 6 所示。
图6 不同覆土下两种水位地表沉降图
由图 6 可知，隧道地表沉降沿着隧道中心线两侧逐渐减小，形成一定区域的沉降槽。同一水位下，覆土厚度越大，沉降槽越小；同一覆土厚度下，水位越高，沉降槽越大；覆土厚度对地表沉降的影响比水位对地表沉降的影响更显著。
计算的地表沉降图基本符合 Peck曲线线型，但是当覆土小于 15 m 时，地表沉降曲线与 Peck 曲线线型重合度差，且随着覆土厚度增大到 20 m，地表沉降模拟结果与 Peck 公式计算结果基本吻合。由于 Peck 公式是计算在不排水的前提下施工引起的地表沉降，即在施工过程中不考虑地下水渗流的影响，故当净距大于 20 m 时，渗流对隧道结构的变形几乎不存在影响。可得如下结论：当隧道埋深不小于 20 m，隧道施工引起的地表沉降可以采用 Peck 曲线进行预测，即可忽略水库水渗流的影响。
2.4 隧道衬砌结构受力及安全性计算
当水库水位 H = 5 m，覆土厚度 D =10 m、15 m 时，隧道衬砌结构的弯矩计算结果分别如图 7、图 8 所示。
当净距小于 10 m时，衬砌结构在仰拱中心区域产生最大正弯矩，边墙墙角区域出现最大负弯矩；当净距大于10 m 时，衬砌结构会在拱顶中心出现最大正弯矩，边墙墙角区域出现最大负弯矩。
为了更合理地分析净距 D 及水库水深 H 对隧道结构的不利影响，提取不同工况下的拱顶、仰拱及边墙角弯矩，通过《公路隧道设计规范》（JTG D70-）[5]，计算衬砌关键截面的安全系数，按照破损阶段法检算截面强度。
《公路隧道设计规范》（JTG D70-）第 9.2.4条规定，公路隧道衬砌按照破损阶段法检算截面强度时，根据衬砌结构所受的不同荷载组合，在计算中应分别选用不同的安全系数，如表4 所示。
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为了更直观地反应衬砌结构的安全性，采用综合安全系数法计算不同工况下衬砌结构仰拱、边墙及拱顶截面安全系数，计算结果如图 9 所示。
当净距小于 20 m 时，隧道结构安全性最不利位置为隧道仰拱中心区；当净距大于 20 m 时，隧道结构安全性最不利位置转移到隧道拱顶中心区。
设计意图：“探索生长素类似物促进插条生根的最适浓度”是本节的重、难点。用实物（市场上购买的萘乙酸）、实验活动视频和照片等来创设实验情境，首先在视觉上让学生比较震撼，极大地激发了学生的学习兴趣。有一部分学生参与了整个实验过程，他们的实验动手能力得到了较好地提高，而且这部分学生在小组合作讨论过程中，起到了很好的指导作用，语言表达能力也有所提高。通过以上问题的讨论，也较好地培养了学生科学的实验思维能力和严谨的科学态度。
出现上述现象的原因有以下两方面。
图7 D = 10 m，H = 5 m 衬砌结构弯矩图
图8 D = 15 m，H = 5 m 时衬砌结构弯矩图
表4 钢筋混凝土结构的强度安全系数
荷载组合 永久荷载 +基本可变荷载永久荷载 + 基本可变荷载 + 其他可变荷载破坏原因钢筋达到计算强度或混凝土达到抗压或抗剪极限强度 2.0 1.7混凝土达到抗拉极限强度 2.4 2.0
图9 H = 5 m 时衬砌结构安全系数
（1）当净距小于 20 m 时，隧道埋深较小，隧道周围地下水渗流强度较大，水对衬砌结构的压力较大，拱顶位置水压力最小，仰拱位置水压力最大，此时衬砌结构安全性受水压控制，即渗流控制，因此仰拱位置安全系数最小，拱顶位置截面安全系数最大。
（2）当净距继续增大到 20 m 时，水库水渗流对隧道结构几乎不产生影响，此时作用在隧道结构上的水压力显著减小，但由于埋深加大导致的地层土压力增大，使得拱顶安全系数下降。
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基于净距及水深变化对隧道渗流、衬砌结构安全系数的影响等可知，在水库水深为 5 m 时，隧道与水库底的安全距离取大于 20 m 为宜。
3 结论
本文基于 MIDAS GTS 软件依据实际隧道施工工法，考虑渗流-应力耦合效应，研究不同覆土厚度和水库水深对隧道的渗流场、围岩变形及隧道结构安全性影响规律。综合覆土层厚度和水深对隧道涌水量、围岩变形及隧道结构安全性的影响，基于水库实际设计水位，确定隧道下穿水库底的合理埋深，主要结论如下。
本研究在前人研究的基础上，设计已知、固定的培养基作为满足冠突散囊菌生长需要的特定基质，并以高纯度咖啡碱、可可碱和茶碱作为冠突散囊菌液体发酵培养的唯一外源添加底物，考察冠突散囊菌对上述3种单体成分为期10 d的发酵特性，为进一步丰富茯茶品质形成机理提供理论依据。
（1）由净距大于 20 m 后拱顶沉降差基本趋于 0，且数值计算地表沉降曲线与 peck 曲线高度吻合可得，当净距大于 20 m 后，渗流对隧道结构的影响已很小。
（2）结合经济性、力学安全系数以及大量的计算分析，针对三车道隧道暗挖下穿水库的情况，隧道距离水库底的净距可按以下经验法进行确定：①当水深＜5 m 时，净距可按 3H 和 10 m 中较大值确定，其中 H 为实际水深；②当水深≥5m时，净距可按 2D 确定，其中 D 为隧道毛洞高度。
（3）受渗流影响，隧道结构安全性最不利位置会发生由隧道仰拱中心区到拱顶中心区的转移，且在渗流不产生影响后最不利位置稳定在拱顶中心区。
观察组58例中，临床痊愈14例，显效21例，有效19例，无效4例，总有效率为93.10%；对照组58例中，临床痊愈10例，显效17例，有效18例，无效13例，总有效率为77.59%，观察组明显优于对照组，两组效果比较，差异有统计学意义（P＜0.05）。
学习仅仅是计算机科学中的一个专门术语，用更为严格的数学语言来说，学习即是统计的意思。机器学习，简单地说，仅仅是利用计算机这个平台，利用统计学的方法，去对数据集进行分析与归纳。现代个性化的推荐系统便是机器学习中的一个重要的主题，也是我们日常生活中较为熟悉的一个机器学习的贴切的例子。推荐算法是推荐系统的核心所在，一个特定的算法本质上就是一个计算的过程。推荐算法的计算主要来自于数学中的线性代数与概率统计，其中一个核心的概念，便是矩阵。
参考文献
[1]高抗，彭文波.大瑶山1号隧道下穿水库设计研究[J].公路，，4（4）：248-251.
[2]柯小华，朱光仪.水库底下的两座隧道设计与施工[J].公路交通技术，2002（S）：82-86.
[3]路清泉，赵高亮.北京地铁下穿河渠工程安全施工技术[J].现代城市轨道交通，（S1）：71-74.
[4]潘昌实.隧道力学数值方法[M].北京：中国铁道出版社，1995.
[5]JTG D70- 公路隧道设计规范[S].北京：人民交通出版社，.
[6]李志鹏.基于流固耦合的富水区隧道注浆圈优化研究[J].铁道建筑技术，（3）：22-27.
[7]李亚勇，张桂凤，靳晓光.基于流固耦合的强度折减法研究地下水渗流对隧道稳定性的影响[J].铁道科学与工程学报，，14（3）：585-592.
[8]姜文清.考虑应力-渗流耦合的水下地铁隧道稳定性分析[J].铁道建筑技术，（3）：1-5.
[9]陈明奎.基于流固耦合理论下穿库区隧道围岩稳定性分析[J].铁道标准设计，，60（4）：72-77.
[10]王祥秋，蔡斌，刘文添.软土地层明挖隧道渗流-卸荷耦合力学特性分析[J].中外公路，，35（5）：16-19.
[11]丁云，刘帅，刘方琨，等.浅埋暗挖隧道穿越饱水砾砂层渗流-应力耦合分析[J].工程建设，，46（3）：1-6，20.
