山嶺隧道斷層破碎帶富水段開挖方法的對比分析

陳 亮，曾永軍

(廣東省南粵交通韶贛高速公路管理中心，廣東 韶關 512522)

0 引言

小北山1號隧道F3 斷裂于地表 ZK16+500(K16+460)通過隧址區。斷層范圍大，斷裂帶通過隧道(K16+150～K16+600)處范圍圍巖破碎、裂隙發育，易形成地下水的通道及富集帶，圍巖級別低。隧道掘進至 ZK16+480時，掌子面右半幅圍巖由質地堅硬的中風化花崗巖突變為全風化輝綠巖，塌方堆積體約 280m3，為松散土狀，整體呈深灰綠色。隧道全斷面開挖會對破碎帶土體帶來擾動，甚至導致隧道掌子面發生塌方，對隧道施工安全帶來影響，不宜采用全斷面開挖方法。

1 FLAC3D 模擬隧道分部開挖法

采用 FLAC3D 有限元法對不同的開挖工法進行模擬，比較不同工法對隧道結構的影響，分析不同圍巖等級下隧道開挖掌子面處的狀態，得出在斷層破碎帶中進行隧道開挖需要減少對圍巖體的擾動，以保證隧道開挖的安全。

1.1 建立數值模型

隧道開挖工法見表 1，計算模型如圖1所示。通過模擬計算分析，考察隧道動態施工觸發圍巖的位移、應力和塑性區的特性及其對隧道結構的影響，為工程提供建議的施工方法。

表1 開挖工法

圖1 FLAC3D計算模型

對于隧道斷層富水段的計算，采用 FLAC3D 有限元法計算隧道結構內力，圍巖和初期支護均采用實體單元模擬，圍巖采用 Mohr-Coulomb 本構關系，初期支護單元采用彈性本構。模型寬 221m，高 145m，縱向長度等于開挖長度為 60m，隧道中心計算水頭高度159m。模型考慮水的影響，采用流固耦合計算，在整個開挖模擬過程中主要監測隧道拱頂處的沉降位移和隧道拱底的位移。……