复杂环境下引水隧洞开挖卸荷力学响应研究与支护评价

以深圳市铁岗-石岩水库清水隧洞为依托,通过建立引水隧洞三维开挖模型,对比分析不同围岩区段力学响应规律,并对支护效果进行评价。结果表明:无支护开挖时,初始开挖面竖向应力与位移在开挖后迅速增大,后趋于平稳,塑性区约为1.8倍洞径。沿轴线剖面的竖向应力在掌子面附近大幅度释放,位移曲线在掌子面附近收敛,塑性区约为1倍洞径。支护开挖时,围岩与支护结构相互作用,初始开挖面应力与位移均大幅度减小,最大降幅分别为34%和79%。沿轴线剖面应力与位移分别减小55.0%和71.1%,塑性区除少量分布在Ⅲ类围岩区段外基本消除。研究结果与实际工程数据一致,可为相似隧洞设计与施工提供借鉴。

基于极限平衡理论的超大直径顶管渗流开挖面稳定性研究

为解决地下水渗流引起的顶管隧道开挖面失稳破坏问题,基于极限平衡理论,推导得到地下水复合地层极限支护压力解析解。依托中交二公局超大直径钢顶管工程,建立隧道开挖面渗流场模型,分析了开挖面非线性变形规律和岩体强度特性,揭示了开挖面失稳破坏机制。研究结果表明:无水模式下,地表沉降最大值与围岩深度呈线性函数关系,有地下水的情况下,两者关系可用抛物线描述,且随着地下水位的增高,地表沉降位移梯度增加;开挖面剪切应力扰动范围为1.5D,在渗流力作用下,应力曲线簇分布宽度更窄,应力振荡现象更明显。随着地下水位的增高,滑动面破裂角向水平方向扩展,土拱区高度增加,形成整体失稳滑移面;成拱系数在拱顶路径达到最大值1.92,边墙路径和45°路径成拱系数均小于0.5。