基于數值模擬的某輸水隧洞監測布置研究★

張 佩 何勇軍 黃海燕

(1.云南農業大學水利工程學院,云南 昆明 650201； 2.南京水利科學研究院，江蘇 南京 210029)

1 工程概況

工程區位于滇中高原東北部，為構造侵蝕、溶蝕中山，低山丘陵地貌，區內山脈、水系呈近SN向及NE～SW向展布，與區內主要構造線基本一致。

區內地層出露較齊全，從元古界薊縣系到新生界第四系均有出露。工程建筑物場分布的地層除三疊系、白堊系外，寒武系～第四系地層均有分布。工程區以可溶巖為主，約占85%～90%；砂泥巖次之，約占5%～10%(其中泥巖類占8%左右)，玄武巖約占5%。按巖石強度統計中硬、堅硬巖地層所占比例60%～70%，軟巖地層所占比例30%～40%。

輸水隧洞主要工程地質問題包括不良地質洞段圍巖穩定問題、涌水突泥涌砂問題及隧洞施工期間排水導致水文地質條件改變而引發的其他環境地質問題。根據地質測繪和已有勘探成果資料分析，輸水隧洞主洞Ⅱ，Ⅲ類圍巖約占45%，其中Ⅱ類圍巖約占3%～5%，Ⅳ，Ⅴ類圍巖約占50%，其中Ⅴ類圍巖約占30%～35%，特殊不良地質洞段約占5%。本文選取的計算斷面圍巖采用Ⅴ類圍巖。

2 計算參數及模型建立

計算圍巖參數及施工支護方案如表1，表2所示。

表1 圍巖參數表

表2 隧洞開挖及支護方案

網格劃分大約4 090個單元，對隧洞襯砌應力集中區域進行加密以較好地完成數據分析，而在計算數據梯度較小的遠端圍巖處劃分相對稀疏的網格以減少計算模型規模，隧洞及周圍圍巖所建模型如圖1所示。

3 剖面計算結果分析

3.1 應力計算結果分析

應力計算結果表明，大主應力計算最大值點有2個，最大剪應力計算最大值點有2個，X-Y剪應力計算最大值點有4個，分別在圖2～圖5中標示，可在此處設置監測點。

3.2 應變計算結果

根據計算結果，應變值計算量級較小，不作為監測點設置依據，見圖6，圖7。

3.3 位移計算結果

根據水平及豎向位移計算結果，監測點設置位置在圖8，圖9中標示。

4 結語

由應力應變及位移結果可得計算最大值點，對比工程斷面運行期監測布置方案，驗證了監測點布置的合理性和可靠性。