不良地质条件下排水隧洞开挖一次支护稳定分析

王文学

(中国水利水电第五工程局有限公司，四川成都 610225)

1 概述

对于大埋深下的排水隧洞往往其所处地质条件复杂，地下水位较高且地质构造应力明显，尤其是部分位置的岩体质量较差(如Ⅴ类围岩)，从而给隧洞支护衬砌设计带来较大困难。在隧洞施工中，不良地质条件下(Ⅴ类围岩段)的施工进度通常是制约整个隧洞工程工期的关键，而针对Ⅴ类围岩采用相应合理的开挖、支护手段又是其核心问题［1］。一次支护限制围岩变形作用显著，对围岩安全稳定起到重要作用，其稳定性直接关系到排水隧洞的质量和寿命［2］。

在采用新奥法［3］施工时，隧洞的初期支护是永久衬砌的一部分，它摒弃了传统矿山法施工中初期支护仅为临时设施的做法，主张采用锚杆、挂网、喷射混凝土、钢筋栅等手段将围岩与喷锚支护连成一个整体共同受力，利用围岩的自承载力将载荷体变成承载体，从而使支护初期就具有抗力，且随着围岩变形，支护阻力不断增加。若将一次支护与衬砌视为整体进行分析，忽视施工过程的时间效应，显然不能符合新奥法施工的要求。因此，采用面向支护过程的仿真分析更能合理地分析支护的安全性。同时，由于排水隧洞所在地层的构造应力较大，采用二维有限元方法难以反映沿洞轴线方向上围岩和支护的应力场和位移场分布，为此，笔者拟结合实际工程情况，考虑围岩初始构造应力，利用三维非线性有限元方法［4］分析不良地质条件下一次支护结构的稳定性，进而为合理安排支护时机及优化支护设计提供依据。……