开挖软岩隧道的支护结构变形模拟分析

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开挖软岩隧道的支护结构变形模拟分析

发布于：2017-06-23 共4575 字

摘要：针对滇中引水工程中磨盘山隧道的深埋软岩段，利用 ANSYS 建立三维数值模型，通过

FLAC3D 进行计算，研究了深埋软岩隧道开挖及支护后围岩的变形和破坏特征。结果表明，围

岩强度和隧道埋深是影响隧道变形破坏的重要因素。隧道开挖后，应力重分布，隧道前段围岩

强度较小，变形总位移、塑性区范围大于后段，在拱腰两侧对称形成两个应力集中区。隧道支

护后，有效限制了隧道变形的继续发展，各部位总位移值减小，塑性区范围也得到抑制，拱腰

两侧应力集中区向洞壁靠拢，应力分布也变得均匀。

关键词：深埋软岩隧道；变形；FLAC3D; 滇中引水工程。

　 1 概况。

滇中引水工程是云南省实施兴滇战略的重点骨干水源工程，工程受水区包括丽江、大理、楚

雄、昆明、玉溪、红河 6州市的 35 个县、市、区，线路总长约 661.07km,其中穿越隧道 63 座，

累计长度 607.22km,占总长度的 91.85%.引水线路穿越多个地貌单元，可能会遇到半成岩第三系

内隧道围岩稳定、红层泥岩及夹泥岩的不良地层、隧道涌水突泥和岩溶等诸多工程地质问题。

“ ”磨盘山隧道就具有滇中红层软岩分布广泛、埋深较大的典型特点。磨盘山隧道长 10.91km,主

要穿越地层岩性以泥岩、粉砂质泥岩、页岩、粉砂岩为主，部分地段有石英砂岩、凝灰岩。依

据《水利水电工程地质勘察规范》[1] Ⅲ并结合实际工程地质条件判断，磨盘山隧道段类围岩占

11%,Ⅳ 类围岩占 36%,Ⅴ 类围岩占 53%,围岩稳定性极差，开挖后易发生围岩大变形[2,3].研究表

明[4],三维数值模拟计算能在隧道开挖前准确计算得到隧道开挖位移变化和应力分布情况。为

此，本文针对磨盘山隧道典型区段为例，利用 ANSYS 建立三维数值模型，通过 FLAC3D 进行

开挖后围岩变形数值模拟和前期支护效果模拟，研究其具体变形情况，以期为后期施工提供参

考。

2软岩隧道开挖与支护模拟方法。

2.1 模型建立。

磨盘山隧道里程 DL2+984.24-DL3+986.74 段长 1 002.5m,前约 110m 处为三叠系上统罗家大山组

三段（T3l3），岩性为粉砂质页岩夹煤层，后段为三叠系上统罗家大山组二段（T3l2），岩性

Ⅴ为泥岩，粉砂质泥岩、砂岩，两套地层均为类围岩。隧道最大埋深处达 354m,最浅处为

229m（图1 ）。

运用ANSYS 建立隧道数值模型和划分网格，围岩采用八节点六面体实体单元模拟，取隧道轴

线方向为 x轴正方向，长 1 002.5m;取垂直于洞轴线方向为 y方向，y方向范围为洞轴线两侧各

500m;z 方向垂直向上，范围取高程1 900m 至实际地表。得到隧道施工前数值计算模型及监测

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摘要：

开挖软岩隧道的支护结构变形模拟分析发布于：2017-06-23共4575字摘要：针对滇中引水工程中磨盘山隧道的深埋软岩段，利用ANSYS建立三维数值模型，通过FLAC3D进行计算，研究了深埋软岩隧道开挖及支护后围岩的变形和破坏特征。结果表明，围岩强度和隧道埋深是影响隧道变形破坏的重要因素。隧道开挖后，应力重分布，隧道前段围岩强度较小，变形总位移、塑性区范围大于后段，在拱腰两侧对称形成两个应力集中区。隧道支护后，有效限制了隧道变形的继续发展，各部位总位移值减小，塑性区范围也得到抑制，拱腰两侧应力集中区向洞壁靠拢，应力分布也变得均匀。关键词：深埋软岩隧道；变形；FLAC3D;滇中引水工程。　1概况...

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