某抽水蓄能電站交通隧洞軟弱圍巖支護結構有限元分析

金丙茹

摘 要：某抽水蓄能電站交通隧洞出口圍巖不穩定，開挖過程中容易出現大的變形甚至塌方，該工程采用支護方式解決此問題。通過建立隧洞模型，對其支護結構進行有限元計算及分析。結果表明，支護結構設計合理，且安全可靠。

關鍵詞：抽水蓄能電站;交通隧洞;軟弱圍巖;支護;有限元

中圖分類號：U455.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2021）34-00-03

Finite Element Analysis of Soft Surrounding Rock Support Structure of Traffic Tunnel of a Pumped Storage Power Station

JIN Bingru

（School of Civil Engineering， Henan University of Science and Technology， Luoyang Henan 471000）

Abstract： The surrounding rock at the exit of the traffic tunnel of a pumped storage power station is unstable， and it is easy to have large deformation or even collapse in the excavation process. Therefore， the project adopts support to solve this kind of problem. In this paper， the finite element calculation and analysis of its supporting structure are carried out by establishing the tunnel model. The results show that the design of support structure is reasonable， safe and reliable.

Keywords： pumped storage power station;traffic tunnel;weak surrounding rock;support;finite element

1 工程概況

某抽水蓄能電站交通隧洞進口位于下庫壩址上游約215 m，進口高程為314.575 m;出口位于下庫壩址下游約190 m，出口高程為288.973 m;全長393 m，平均坡度約5.88%;其中隧道長度為379 m，隧道建筑界限為8.5 m×6.5 m。下庫繞壩交通隧洞設計等級為水電三級。

下水庫（壩）區地質構造以斷層、侵入巖脈為主，結構面主要為節理、裂隙。出口段受斷層及巖脈影響，巖體較破碎，完整性差，節理發育，圍巖以Ⅳ類為主，局部存在Ⅴ類圍巖，穩定性差。

2 隧洞支護方案

采取復合式襯砌，初期支護采用噴射混凝土、錨桿、鋼筋網和鋼架組合形式，二次襯砌為整體式襯砌（C30鋼筋混凝土），具體襯砌支護參數見表1。

3 初期支護的有限元計算及分析

采用地層結構法[1]計算初期支護的內力和變形，圍巖的特性參數值如表2所示。

根據《公路隧道設計規范》（JTG 3370.0—2018），確定支護材料的力學性能參數如表3所示。

通過模擬分析計算，初期支護內力計算結果如圖1所示。襯砌彎矩最大值在拱頂A處，最大值為9.45 kN·m;壓力最大值在拱腳B處，最大值為302.55 kN;剪力最大值在拱頂C處，最大值為16.75 kN。

根據《公路隧道設計規范》（JTG 3370.1—2018），抗壓強度驗算和抗剪強……