渗流-应力耦合作用下穿断层破碎带TBM输水隧洞结构安全研究

来源：水资源与水工程学报杂志2024年第3期北京时间：

作者：康凯，张飞儒，王正中，许建建，刘彪，赵玮，刘铨鸿，王鑫

单位：（1.西北农林科技大学旱区寒区水工程安全研究中心,2.陕西省水利电力勘测设计研究院

摘要：为分析敞开式隧道掘进机（TBM）穿越断层破碎带深埋长输水隧洞围岩的稳定性及其支护结构的安全性，依托东庄水利枢纽北线输水隧洞工程，采用ABAQUS软件建立隧洞开挖过程渗流-应力耦合三维动态施工仿真模型，研究了隧洞开挖支护过程中断层破碎带处围岩的稳定性和支护结构的受力特性及其变化规律。结果表明：隧洞围岩由于卸载作用其孔隙度最大值较初始状态增大了0.88%，渗透系数最大值较初始状态增大了2.59%；隧洞围岩孔隙水压力随开挖支护过程先下降—再平缓—最后回升至稳定；围岩塑性区出现在沿径向1 m范围内，等效塑性应变极值出现在围岩腰线处；锚杆应力在衬砌进行支护时达到峰值，其最大值为182.90 MPa；衬砌内、外缘均处于受压状态，衬砌环向应力值随开挖支护过程先出现最大值，随后略微减小至稳定，其值在6.66~11.92 MPa范围内；衬砌的变形整体上表现为向内收缩，收缩量从顶拱和底拱处向腰线处逐渐减小，其值在0.67~1.35 mm范围内；随着排水量的增加，围岩最大径缩量逐渐增大，衬砌外水压力折减系数逐渐减小。研究结果可为穿断层破碎带TBM隧洞工程结构设计及其安全施工和运营提供参考依据。

关键词：输水隧洞,断层破碎带,渗流-应力耦合,隧道掘进机（TBM）,支护结构,施工仿真

基金资助：陕西省水利电力勘测设计研究院面向高校科研专项基金项目(SXY-KYJJ-002)