基于數值模擬及現場監測的隧道圍巖穩定性的判定研究

王占武

摘要：本文以某隧道施工監測為例，運用FLAC3D分析軟件建立彈塑性模型，對隧道開挖后圍巖的穩定性進行模擬，得出不同支護作用下監測值的變化規律，以達到指導施工的目的。

關鍵詞：隧道監測；圍巖穩定性；錨噴支護；FLAC3D軟件

一、引言

某隧道為一座上、下分離的四車道高速公路特長隧道。洞室凈空10.25×5.0m，其中左線Ⅱ類圍巖近300m，Ⅲ類圍巖近1300m，Ⅳ類圍巖近290m，V類圍巖近120m，為了驗證在不同支護作用下圍巖的位移，特選定拱頂、拱肩、拱腰等處作為監測點驗證支護對圍巖穩定性的作用。

二、數值模擬結果分析

隧道開挖之后，上覆巖體及地表都要發生移動和變形。隧道的開挖會破壞巖體的原有平衡，巖體的位移是反映安全性的重要指標。表1是利用F_AC3D模擬隧道YK301+480.3斷面的拱頂、拱肩、拱腳、拱底監測點在不同支護作用下各監測點的位移情況。

從表1中看到，有支護作用下比無支護監測點的位移小很多。施加噴射混凝土、錨桿與剛拱架支護時，拱頂垂直位移值約僅是無支護狀態的一半。在控制位移的效果中鋼拱架起到的作用毋庸置疑。錨桿在支護中起到了懸吊作用，在控制位移作用不明顯。

為找到監測點的位移隨工作面推進的變化情況，分別以距掌子面6m、12 m、16m、26m、32m及40m的情形進行模擬，各監測點的位移量見圖1和圖2。

由圖1、圖2可見，隨著掌子面的向前延伸，在圍巖豎直沉降位移和橫向位移中拱頂、拱底達到最大值，拱腰為最小，隨著掌子面的向前施工，變形逐漸減緩，當掌子面推進40m及35米時，橫向位移和豎向位移停止變形。

三、結論

在隧道的施工支護中，比較了各種支護的方式和方法，鋼拱架能夠有效的抑制圍巖變形，是一種良好的剛性支護。通過FLAC3D的模擬計算，使用鋼拱架支護后圍巖力學條件得到明顯控制，變形量控制在設計范圍之內。另外，隨著工作面的推進，位于后面的圍巖變形區域停止，可以考慮二次襯砌的實施。endprint