输水隧洞旁通洞施工围岩及一次支护有限元分析

吕昀龙

(水利部新疆维吾尔自治区水利水电勘测设计研究院，乌鲁木齐 830000)

1 工程概况

某输水隧洞主洞与旁通洞交叉段为38 m，交叉段后接长35 m检修洞，隧洞主洞尺寸7.64 m×7.77 m(宽度×高度)，交叉段隧洞尺寸7.7 m×9.356 m(宽度×高度)，检修洞尺寸10.3 m×13.95 m(宽度×高度)，旁通洞尺寸7.3 m×7.05 m(宽度×高度)。隧洞均为城门洞型，主旁通洞以45°角度、半径30 m平顺相交。检修洞与旁通洞间距为13.25 m。主洞喷混厚度为120 mm，φ22随机砂浆锚杆长度L=3 m。交叉段喷混厚度为150 mm，φ22砂浆锚杆长度L=4.5 m，间、排距1.5 m。检修洞段喷混厚度为150 mm，φ22砂浆锚杆L=4.5 m，间、排距1.2 m。旁通洞喷混厚度为120 mm，φ22随机砂浆锚杆长度L=3 m。现场开挖及支护顺序为：主洞段-交叉段-检修洞段-旁通洞段。隧洞处于泥盆系凝灰质砂岩及华力西黑云母花岗岩中，围岩整体稳定性好，地质提供资料判定此处为Ⅱ类围岩。

2 计算模型

考虑隧洞分步开挖及支护等过程，采用Midas GTS NX建立三维模型。为了模型与现场实际更接近，根据有限元模型建模范围由相关文献可知，约5倍隧洞洞径以外的围岩对于引水隧洞的影响基本可忽略不计[1-2]，因此本文计算围岩区域选择100 m×85 m范围内建模计算。外围岩体均为Ⅱ类围岩，岩体采用摩尔-库伦弹塑性模型，喷混采用弹性结构模型，实体网格采用混合网格型式。计算工况为主洞及旁通洞分步开挖、支护工程围岩及支护应力及位移变化。初始状态是指隧洞所在的地质区域未受到人工扰动之前就已客观存在的状态，包括自重应力场和构造应力场，其中以自重应力场为主。隧洞开挖后，一次支护及时施作。……