基于数值模拟的某输水隧洞监测布置研究★

张 佩 何勇军 黄海燕

(1.云南农业大学水利工程学院,云南 昆明 650201； 2.南京水利科学研究院，江苏 南京 210029)

1 工程概况

工程区位于滇中高原东北部，为构造侵蚀、溶蚀中山，低山丘陵地貌，区内山脉、水系呈近SN向及NE～SW向展布，与区内主要构造线基本一致。

区内地层出露较齐全，从元古界蓟县系到新生界第四系均有出露。工程建筑物场分布的地层除三叠系、白垩系外，寒武系～第四系地层均有分布。工程区以可溶岩为主，约占85%～90%；砂泥岩次之，约占5%～10%(其中泥岩类占8%左右)，玄武岩约占5%。按岩石强度统计中硬、坚硬岩地层所占比例60%～70%，软岩地层所占比例30%～40%。

输水隧洞主要工程地质问题包括不良地质洞段围岩稳定问题、涌水突泥涌砂问题及隧洞施工期间排水导致水文地质条件改变而引发的其他环境地质问题。根据地质测绘和已有勘探成果资料分析，输水隧洞主洞Ⅱ，Ⅲ类围岩约占45%，其中Ⅱ类围岩约占3%～5%，Ⅳ，Ⅴ类围岩约占50%，其中Ⅴ类围岩约占30%～35%，特殊不良地质洞段约占5%。本文选取的计算断面围岩采用Ⅴ类围岩。

2 计算参数及模型建立

计算围岩参数及施工支护方案如表1，表2所示。

表1 围岩参数表

表2 隧洞开挖及支护方案

网格划分大约4 090个单元，对隧洞衬砌应力集中区域进行加密以较好地完成数据分析，而在计算数据梯度较小的远端围岩处划分相对稀疏的网格以减少计算模型规模，隧洞及周围围岩所建模型如图1所示。

3 剖面计算结果分析

3.1 应力计算结果分析

应力计算结果表明，大主应力计算最大值点有2个，最大剪应力计算最大值点有2个，X-Y剪应力计算最大值点有4个，分别在图2～图5中标示，可在此处设置监测点。

3.2 应变计算结果

根据计算结果，应变值计算量级较小，不作为监测点设置依据，见图6，图7。

3.3 位移计算结果

根据水平及竖向位移计算结果，监测点设置位置在图8，图9中标示。

4 结语

由应力应变及位移结果可得计算最大值点，对比工程断面运行期监测布置方案，验证了监测点布置的合理性和可靠性。