洞室轴线走向与初始地应力关系对围岩稳定性的影响

李 曼，马 平，孙 强

(1.中国国土资源航空物探遥感中心，北京 100083;2.中国科学院 地质与地球物理研究所工程地质力学重点实验室，北京 100029;3.北京交科公路勘察设计研究院有限公司，北京 100091;4.中国矿业大学 资源与地球科学学院，江苏 徐州 221116)

隧道轴线及大型地下洞室长轴轴线方位布置是地下结构设计的重要课题。地下洞室的轴线方向主要由整个枢纽布置和地质条件(岩体岩性、岩层走向、初始地应力和主要构造断裂面、主要软弱带等)决定。在岩体完整、地应力较高的岩体中开挖洞室时，洞室的轴向布置和初始地应力的关系对洞室围岩的稳定有较大影响。目前，系统研究地应力与洞室围岩稳定关系的文献较少，大多是通过二维或三维弹塑性有限元数值模拟研究具体工程开挖支护应力和位移，探讨地应力与洞室稳定的关系。另有些研究者通过弹性力学解析结果认为，洞室长轴轴线应与最大水平地应力方向一致，或尽量减小其夹角［1］。据此相关规范及设计手册有明确的原则性指示和规定:“隧洞的轴线方向宜与最大水平地应力方向有较小夹角”［2］。在岩体完整、地应力较高的深埋岩体中开挖地下洞室时，洞室轴线布置和初始地应力的关系对洞室围岩的稳定性起着决定作用。当研究区初始地应力场的性质不同时，洞室轴向取向不同，洞室围岩内的重分布应力不尽相同，有关这方面的研究今后仍需深入探讨。本文采用弹性力学方法，从理论上来讨论初始水平地应力与铅直地应力的比值不同时，地下洞室围岩重分布应力对洞室轴向选取的响应，进而从岩体地应力角度来评价隧道洞室围岩的稳定性。……