计算选用谷对岭地区北线里程BXK1+500处隧道及周边围岩建立模型,此处地层从上到下依次为强风化变质砂岩、中风化碎裂岩化混合花岗岩和微风化花岗片麻岩,隧道埋深28.3 m,其建模过程及计算参数如3.1.1节所述,建立模型范围为80 m×80 m×54 m。
为探究施工期隧道在不同地下水位时的渗流变化,分别设定3种不同的地下水位进行研究(见表3.3),并以隧道开挖至模型中部位置进行施工期模拟。计算模型如图3.11所示。选择上部地层强风化变质砂岩与中部地层中风化碎裂岩化混合花岗岩的交界面为目标面,计算不同水头时目标面水压力分布状态,分析其对局部渗流场的影响。
表3.3 地下水位工况设置
图3.11 计算模型
隧道开挖后,洞室周边水环境发生改变,围岩中原有的渗流场平衡被打破,随着施工进程重分布并于运营期达到新的平衡状态。不同地下水位的隧道施工期渗流影响范围不尽相同,掌子面开挖完成并施作初期支护后,其横向水压分布如图3.12所示,纵向水压分布如图3.13所示。
如图3.12所示,隧道开挖前初始水压呈等值线分布,隧道开挖后掌子面横向水压分布呈向隧道内凹陷的漏斗状对称分布,偏离隧道中心一定距离后逐渐收敛;不同工况的收敛半径(即渗流横向影响范围)有明显差别,工况一、工况二、工况三分别为36.39 m,31.98 m,28.77 m,减小幅度为12.12%和10.04%,表明随着作用水头降低,施工期隧道的横向影响范围逐渐减小,接近线性变化趋势。(www.xing528.com)
图3.12 施工期隧道掌子面横向水压分布
图3.13 施工期隧道纵向水压分布
如图3.13所示,隧道开挖后纵断面水压分布呈向掌子面下方倾斜的弧形分布,表明隧道有良好的泄水性能,距掌子面前方一定距离后逐渐收敛;不同工况的收敛范围(即渗流纵向影响范围)有明显差别,工况一、工况二、工况三分别距掌子面为23.84 m,21.26 m,20.4m,减小幅度为10.82%和4.05%,表明随着作用水头降低,施工期隧道的纵向影响范围减小明显,其减小幅度小于渗流横向影响范围。
如图3.14所示为不同工况下目标面(地表以下18.18 m处)水压分布,隧道掌子面位于横向和纵向中部位置(X=0 m,Y=27 m处),其水压力分布规律基本相同,向已开挖隧道方向凹陷,表明隧道开挖导致地下水向洞室内排泄,工况一下凹幅度最大,工况三最小,其横向和纵向影响范围均表现为工况一>工况二>工况三。由图3.14可知,3种工况下目标面水压力范围分别为156.8～170.9 kPa,95.46～104.1 kPa,32.48～35.16 kPa,即随着地下水位下降,目标面水压力值范围明显减小。
图3.14 不同工况目标面水压分布
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