大伙房水库引水隧洞TBM掘进段围岩稳定性分析

施工 过程 ， 并对 工程进 行预 测 。因此 ， 数值分 析方 法 是解 决岩体 工程 的有 效工具 。 数值分 析方 法在研 究 围岩 变形破坏 及稳 定性 中
具有 明显优 势 ： 仅 可 以研 究 不 同条 件下 围岩 的 稳 不 定性 ， 优化设 计方 案 ， 还可 以追索 围岩 累进性 破坏 的 发展 过程 。 出导 致 围岩失稳 破坏 的薄 弱部 位 ， 化 找 优
２ 工程概 况 Ｊ
大伙 房 水 库输 水 工 程位 于 辽 宁省 东 部 山 区 ， 通 过 输水隧 洞 ， 水引 至苏子 河 ， 将 汇人 大伙房 水库 。这 是一 项大 型跨流 域 输 水 工程 ， 解 决 辽 河 中下 游 地 是 区水 资源严 重不 足 ， 证 地 区经 济 稳 定发 展 的重 要 保 举措 。该输 水工 程 主 体 隧 洞 全 长 ８ ． １ｍ， 洞 底 ５ ３ｋ 隧
中图分类 号 ： ４ ９ ８ Ｕ ４ ．
１ 引 言
文献标 识 码 ： Ｂ
文章 编号 ：０ ９５ ８ （０ ８ ０ － ４ －３ １０ －６ ３ ２ ０ ）５０ ６０ ０
岩基本 为微 风化新 鲜 ， 体强度 较高 ， 整 围岩稳定性 总
岩 体是一 种ห้องสมุดไป่ตู้杂 的地 质结 构体 ， 它具 有非均 质 、 非 连续 、 非线 性以及 复 杂 加 卸 载条 件 和 边界 条 件 等 特点 ， 这使 得 岩体力 学 问 题 通 常无 法 用 解析 法 简 单 求 解 。数值 分析 方法 不仅 能模 拟岩体 的复 杂力学 特 征 和结构 特征 ， 可 以方 便地 分 析 各 种边 值 问题 和 还
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总 第４９ ６ 期 ２０ 年 ５月 第 ５期 ０８
大 伙 房水 库 引水 隧 洞 Ｔ Ｍ掘 进段 围岩 稳 定性分 析 Ｂ
贾金 刚 徐 迎 李 洋 袁 小军 石 磊
（ 解放 军理 工大学工程兵工程学院）
摘
要 ： 用 Ａ Ｓ Ｓ软件 对 大伙 房 水库 引水 隧洞 Ｔ Ｍ掘 进 段进 行 了二 维数 值模 拟 。采 用平 利 ＮＹ Ｂ
体 较好 ， 洞 室 围 岩 影 响 较 大 的 因素 主要 是 断 层 。 对 在 通过 本洞线 的 ２ ９条 洞线 中 ， 多埋 深 较 大 ， 以 大 且
压 扭性 的 中小 断层 为 主 ， 然对 洞 室 围岩有 较 大 影 虽 响， 但压 扭性 断层 随深 度 增 加 ， 层 宽度 变 窄 ， 层 断 断 物 质 紧密 ， 水性差 ， 透 对成 洞有 利 。
一
定 的技 术支 持 。
验室完成 ， 物理力学参数见表 １ 各次计算时模型顶 ； 部压 力值 见表 ２ 。 ３ ２ 几何模 型 的建立 ． 隧洞 是较 长的地 下 结 构物 ， 以采 用平 面应 变 可
模型； 整个 隧洞穿 越 了不 同围岩 ， 上覆 岩层厚 度也 不 相同， 需要 多次计 算 。为计算 简便 ， 文建立 了一个 本 通用 的几何 模型 ， 对其施 加不 同的边界 条件 ， 满足 多 次计算 的要求 。
３ 计算模 型 的建立 ３ １ 物理 力学参 数 的确定 ．
根据 隧 洞 围岩 的 物理 力 学性 质 ， 用 了 弹塑性 采 的非 线性 有 限元 法 ， 岩 的 本 构关 系 采 用 Ｄ ｕｋ ｒ 围 ｒｃｅ— Ｐａｅ（ Ｐ 模 型 Ｊ模 拟 隧 洞 与地 层 在 开 挖 过 程 ｒｇｒ Ｄ． ） ，
面应 变模 型 。 针对 不 同的上覆 岩层 厚度 和 围岩 类 别 ， 算得 出围岩 的应 力场 和 位移 场 ， 这 两个 角 计 从 度对 围岩的稳 定性 进行评 价 。 出的结论 对 大型 隧洞 工程的设 计和施 工 具有指 导意 义。 得 关键 词 ：Ｂ 有 限单 元法 ； Ｔ Ｍ； 水库 ； 引水隧 洞
坡度 为 １２ ８ ， 部 分 洞 室 埋 深 在 ｌ 一３ ０ 围 ／３０ 大 ｏ ０ ｍ，
贾金 刚 ．１０ ７江 苏 省 南 京 市 。 ２００
Ｔ Ｍ成洞直径 ８ 考虑计 算精度和计算时间， Ｂ ｍ， 取 几何 边界 大 于 ５倍 洞 径 ， 一 １０ ×ｌ ｍ 的矩 为 ０ｍ ｏ 形， 映射 形 成 四边 形 网格 ｊ 。底 部 固定 约 束 ， 两侧 水平约束 ， 根据上覆岩层厚度和重度 ， 施加压力， 见
中的非线 性变形 特 性 。围 岩分 类 采用 《 利 水 电 工 水
程地 质勘 察 规 范》 Ｂ ０ ８ ．９附 录 Ｐ 围 岩 工 程地 Ｇ ５ ２ ７９ “
质分类 ”具 体 实 验 由辽 宁 省 水利 水 电规 划 总 院实 ；
维 数值模 拟 ， 为大 型 隧洞 工 程 的设 计 和施 工提 供 了
支护 设计 。
施 工采用 掘进机 （ Ｂ 为主 ， 爆 法 为辅 的联 Ｔ Ｍ） 钻 合 作 业 方 法 。前 ２ ． ８ｍ 采 用 钻 爆 法 施 工 ， ４ ５ｋ 后 ６ ．３ ｍ采用 ３台 Ｔ Ｍ施 工 ， 中 Ｔ Ｍ施 工段横 断 ０７ ｋ Ｂ 其 Ｂ
面 为 圆形 ， 毛洞 直径 ８ 成 洞洞径 ７ １ ｍ。 ｍ， ．６
掘进机 （ Ｂ 是 一 种 开 挖 地 下 洞 室 的专 门 设 Ｔ Ｍ）
备 ， 利用破 岩刀具 施 加的机 械力 ， 它 直接 切割 和破 碎
岩石 ， 割下 的碎 渣 由其 产 渣装 置 不 停 的排 出。 掘 切 进 机上 还安装 有吸 尘 、 风导 向等辅 助 附属设 备 ， 通 能 完成 多种作业 。对 Ｔ Ｍ 开挖 过 程 中围 岩受 力 变形 Ｂ 性 状进 行分析 ， 有助 于把 握 不 同条 件下 隧 洞 的受 力 变形情况 。文 中采用 Ａ Ｓ Ｓ有 限 元 软 件进 行 了二 ＮＹ