摘要：針對滇中引水工程中磨盤山隧道的深埋軟巖段，利用ANSYS建立三維數值模型，通過FLAC3D進行計算，研究了深埋軟巖隧道開挖及支護后圍巖的變形和破壞特征。結果表明，圍巖強度和隧道埋深是影響隧道變形破壞的重要因素。隧道開挖后，應力重分布，隧道前段圍巖強度較小，變形總位移、塑性區范圍大于后段，在拱腰兩側對稱形成兩個應力集中區。隧道支護后，有效限制了隧道變形的繼續發展，各部位總位移值減小，塑性區范圍也得到抑制，拱腰兩側應力集中區向洞壁靠攏，應力分布也變得均勻。

關鍵詞：深埋軟巖隧道；變形；FLAC3D;滇中引水工程。

1概況。

滇中引水工程是云南省實施興滇戰略的重點骨干水源工程，工程受水區包括麗江、大理、楚雄、昆明、玉溪、紅河6州市的35個縣、市、區，線路總長約661.07km,其中穿越隧道63座，累計長度607.22km,占總長度的91.85%.引水線路穿越多個地貌單元，可能會遇到半成巖第三系內隧道圍巖穩定、紅層泥巖及夾泥巖的不良地層、隧道涌水突泥和巖溶等諸多工程地質問題。磨盤山隧道就具有“滇中紅層”軟巖分布廣泛、埋深較大的典型特點。磨盤山隧道長10.91km,主要穿越地層巖性以泥巖、粉砂質泥巖、頁巖、粉砂巖為主，部分地段有石英砂巖、凝灰巖。依據《水利水電工程地質勘察規范》[1]并結合實際工程地質條件判斷，磨盤山隧道段Ⅲ類圍巖占11%,Ⅳ類圍巖占36%,Ⅴ類圍巖占53%,圍巖穩定性極差，開挖后易發生圍巖大變形[2,3].研究表明[4],三維數值模擬計算能在隧道開挖前準確計算得到隧道開挖位移變化和應力分布情況。為此，本文針對磨盤山隧道典型區段為例，利用ANSYS建立三維數值模型，通過FLAC3D進行開挖后圍巖變形數值模擬和前期支護效果模擬，研究其具體變形情況，以期為后期施工提供參考。

2軟巖隧道開挖與支護模擬方法。

2.1模型建立。

磨盤山隧道里程DL2+984.24-DL3+986.74段長1 002.5m,前約110m處為三疊系上統羅家大山組三段（T3l3），巖性為粉砂質頁巖夾煤層，后段為三疊系上統羅家大山組二段（T3l2），巖性為泥巖，粉砂質泥巖、砂巖，兩套地層均為Ⅴ類圍巖。隧道最大埋深處達354m,最淺處為229m（圖1）。
運用ANSYS建立隧道數值模型和劃分網格，圍巖采用八節點六面體實體單元模擬，取隧道軸線方向為x軸正方向，長1 002.5m;取垂直于洞軸線方向為y方向，y方向范圍為洞軸線兩側各500m;z方向垂直向上，范圍取高程1 900m至實際地表。得到隧道施工前數值計算模型及監測點布置圖，見圖2.整個模型總共劃分344 512個空間單元和355 385個節點。
2.2開挖與支護模擬方法。

由ANSYS導入FLAC3D中進行有限差分計算，因研究區構造條件不復雜，故計算時僅考慮自重應力場，邊界條件為：底部和四周為法向位移約束，表面為自由邊界，選用Mohr-Coulomb屈服準則，建立彈塑性模型。模型建立后，初期支護采用結構單元進行模擬，選取線彈性模型。

引水隧洞的開挖過程采用空單元（Null）來模擬。隧洞支護采用Ⅴ類圍巖支護參數（圖3（a）），掛網噴15cm混凝土、掛網鋼筋\ue7886.5、網孔尺寸200mm×200 mm;系統錨桿1.5 m×1.0 m、\ue78825、L=6m;鋼支撐Ⅰ20型@50cm;縱向連接筋\ue78825鋼筋@100cm;底板混凝土厚20cm;超前小導管L=4.5m、\ue78842@30cm.