断裂破碎带围岩松动区隧洞开挖应力变形特性分析

隧洞开挖过程中穿越断裂破碎带时，由于岩体条件差，在施工方式扰动下普遍会引起围岩出现松动圈，甚至坍塌。为厘清隧洞开挖过程中围岩松动圈应力及变形变化规律，以哈密抽水蓄能电站通风兼安全洞为例，建立三维数值计算模型，采用有限差分法，分析了断裂破碎带围岩松动圈隧洞开挖支护过程中围岩径向应力、变形及塑性区变化规律。结果显示顶拱径向应力主要集中在松动圈前端，且下半层的开挖对其应力影响较小；隧洞上、下半层开挖对拱顶径向变形规律一致，均沿开挖深度呈抛物线型分布，且最大值均位于松动圈前端；开挖完成后，不同部位围岩的变形大小关系为拱顶 ＞边墙中心 ＞拱肩；围岩塑性区主要分布在边墙和底板周围，且均为剪切塑性破坏，因此施工过程中还需加强边墙和底板处的支护措施。研究成果可为断裂带围岩坍塌形成松动圈隧洞支护设计提供参考。