水下隧道过断层施工稳定性分析

摘要

【目的】在隧道开挖过程中，穿越含水断层破碎带与不穿越断层区域两种情况下围岩的稳定性存在显著区别，毛洞围岩和衬砌结构在施工和运营期间的安全状况也明显不同。【方法】为了研究渗流对围岩稳定性的劣化作用，需分析围岩渗流场和洞周围岩开挖二次应力场之间的耦合效应，指出围岩最不利的开挖位置和受力部位。【结果】以长沙市营盘路湘江隧道为例，采用有限元数值软件进行模拟，分析了开挖过程中围岩的渗流场、应力场、位移场和塑性区的变化特征，确定了易发生突涌水灾害的掌子面部位和断层影响范围。【结论】上台阶渗流量显著高于中台阶、下台阶渗流量，最大渗流量出现在掌子面的左右两侧；上台阶前突位移明显大于中台阶、下台阶前突位移，最大前突位移发生在掌子面的中央；在断层区域各部位的沉降均显著大于在正常围岩区域各部位的沉降，以拱顶的表现最为明显；穿越断层区域促使围岩出现更大范围的塑性区，当掌子面推进至断层前方约10m时，掌子面前方的塑性区与断层区域贯通，并延伸到地表；断层对不同位置的围岩的劣化影响程度不同，强影响区为断层内部和断层前后3m范围，弱影响区为断层前后20m范围。

关键词

水下隧道 / 断层破碎带 / 数值模拟 / 施工稳定性 / 掌子面突涌水

基金资助

湖南省教育厅科学研究项目（22B0516）; 湖南省学位与研究生教学改革研究项目（2024JGYB199）; 湖南省自然科学基金项目（2025JJ50295）