高地應力軟巖隧洞擠壓型大變形的非線性流變屬性及采用讓壓支護的工程整治研究

孫 鈞， 江 宇， 汪 波， 樊 勇

(1. 同濟大學隧道及地下工程研究所, 上海 200092； 2. 西南交通大學 交通隧道工程教育部重點實驗室， 四川 成都 610031； 3. 云南省水利水電勘察設計研究院， 云南 昆明 650021)

摘要：針對軟巖大變形工程處置目前大多仍沿用傳統強支硬頂施工方法所存在的問題，分析擠壓型大變形隧洞中采用讓壓支護的必要性，認為在擠壓型大變形隧洞施工中，采用剛性支護進行“硬扛”是不行的；可縮式鋼拱架在大變形(如δ≥500 mm)隧洞中是不能用的，需要“另辟蹊徑”，創新求變。經5處工程實踐證明，在軟巖擠壓大變形隧洞施工中，施作讓壓錨桿/預應力長讓壓錨索是一種更為有效可行的對策措施。闡述讓壓支護“邊支邊讓、先柔后剛“的設計理念，闡明其工作原理，對讓壓錨桿及預應力讓壓錨索進行比選，從施工和受力2方面考慮，建議采用預應力長讓壓錨索。并對錨桿、錨索參數、錨固頭形式、錨腔位置等關鍵技術指標進行分析推薦。討論讓壓支護的經濟性，經與傳統“硬扛”的方式對比估算，認定采用讓壓支護是完全劃得來的。 首先，對軟巖擠壓型大變形隧洞計算分析中的若干問題作簡要說明，包括： 1)二、三維分析模式的選擇問題； 2)幾何非線性問題； 3)非線性、非定常黏彈塑性圍巖流變/蠕變時效的耦合相互作用問題； 4)幾何非線性與材料非線性耦合專用程序軟件研發及應用問題。然后，簡述了擠壓大變形隧洞中考慮幾何非線性和材料非線性的耦合作用的研究進展。最后，對下一步深化研究提出5點建議： 1)進一步積累大量流變試驗和隧洞現場實測資料，提出數值模擬預測擠壓大變形更有理論依據、更加可信、適用的方法； 2)非線性黏彈塑性流變本構模型分析的編程工作，需引入和拓展至三維非線性黏彈性流變屬性并選用相應的流變本構模型； 3)完善目前工作中存在的不足，收集更為詳細的研究資料和現場實測與流變試驗數據，并將試驗手段、數值計算與理論演引三者相結合，對幾類不同軟弱巖性的擠壓型非線性流變力學行為進行更細致完善的系統研究； 4)深入分析擠壓型大變形問題時，應考慮多場耦合問題； 5)本研究僅局限于軟巖，基于連續介質理論所建立的大變形理論，不適用于軟黏土隧洞的大變形破壞問題，這應作為今后拓展研究的一個方面。

關鍵詞：滇中引水工程； 輸水隧洞； 圍巖擠壓型大變形； 讓壓支護； 讓壓錨桿； 預應力讓壓錨索； “邊支邊讓，先柔后剛”； 讓壓量； 擴挖量