赵宇松等：高地应力硬岩下双孔并行隧道相似模型试验及数值模拟 ·789· 图3隧道开挖过程.(a)开挖过程正面图：(b)开挖过程背面图 Fig.3 Process diagram of tunnel excavation:(a)frontal excavation process;(b)back excavation process 毕后，释放围压使岩体模型恢复自然状态 最内圈测点收缩量 一第一次开挖后 1.4试验观测及分析 单位：mm 第二次开挖后 第三次开挖后 1.4.1上覆岩体沉降特征 8 0.1 第四次开挖后 -0.2 第五次开挖后 根据图2()中监测系统布置方案，上覆岩体沉降 0.3 隧道贯通后 监测点位于距隧道中心水平连线上方10cm处，有效 04 1测点编号 05 测点合计26个.如图4所示，开挖工程依次进行后各 0.6 位移测点均发生不同程度沉降，测点位置分布形态总 0.7 体呈“双峰”状，符合双孔并行隧道开挖沉降槽的一般 规律.图中右侧沉降槽位置明显左移（由65cm附近 左移至55cm附近)，可能是因岩体模型浇筑后未均匀 6 8 压实所致 ⑤ 0.28 一模型试验 图5各开挖阶段围岩变形收缩情况 0.26 Fig.5 Shrinkage deformation of surrounding rock at each excavation 0.24 stage 0.22 进行过程中，中间岩柱附近隧道拱肩、拱腰位置变形程 0.20 度相对较大，围岩最先在这些位置发生破坏：如图6所 示，根据模型试验结束后的观察结果，可发现在隧道拱 0.18 肩及拱腰位置围岩曾有明显的剥落掉渣现象，拱顶位 0.16 置出现若干条轴向延伸贯穿模型的裂纹，隧道围岩破 0.1420 40506070 坏厚度约0.5~1cm. 测.点位置/cm 1.4.4围岩径向应力分布特征 图4上覆岩体沉降变形监测数据 如表3所示，双孔并行隧道全断面循环开挖作业 Fig.4 Vertical coordinates of each measuring point after stabilizing 完成，即隧道贯通后，围岩径向应力整体分布较为均 the initial in-situ stress field 匀，其中中间岩柱位置的径向应力值最大，隧道拱顶和 1.4.2围岩变形特征 拱底位置应力值次之，隧道外侧边墙位置应力值最小： 作为圆形隧道安全施工的关键区域，拱顶、拱腰和 因土压力计埋设位置距隧道围岩岩壁较远(8cm),故 拱底位置的测点监测数据需进行详细的研究分析.以 测得应力值相对较大 左洞最内圈测点监测结果为示例，对隧洞周边围岩变 表3模型试验中左洞各监测位置的应力情况 形特征进行分析.如图5所示，贯通后隧道在径向存 Table 3 Stress situation at each monitoring position in left tunnel in 在非均匀收缩现象，其中隧道围岩拱顶位置变形收缩 model test 量最大，拱底和内侧拱腰位置次之，外侧拱腰位置变形 监测位置 径向应力/MPa 收缩量最小 拱顶 0.51 1.4.3围岩破坏特征 拱底 0.50 随着单次开挖进尺和总开挖深度的增大，隧道周 外侧拱腰 0.41 围岩体变形趋势愈发明显、总变形量越来越大.试验 内侧拱腰 0.54赵宇松等: 高地应力硬岩下双孔并行隧道相似模型试验及数值模拟 图 3 隧道开挖过程 郾 (a) 开挖过程正面图; (b) 开挖过程背面图 Fig. 3 Process diagram of tunnel excavation: (a) frontal excavation process; (b) back excavation process 毕后,释放围压使岩体模型恢复自然状态. 1郾 4 试验观测及分析 1郾 4郾 1 上覆岩体沉降特征 根据图 2(a)中监测系统布置方案,上覆岩体沉降 监测点位于距隧道中心水平连线上方 10 cm 处,有效 测点合计 26 个. 如图 4 所示,开挖工程依次进行后各 位移测点均发生不同程度沉降,测点位置分布形态总 体呈“双峰冶状,符合双孔并行隧道开挖沉降槽的一般 规律. 图中右侧沉降槽位置明显左移(由 65 cm 附近 左移至 55 cm 附近),可能是因岩体模型浇筑后未均匀 压实所致. 图 4 上覆岩体沉降变形监测数据 Fig. 4 Vertical coordinates of each measuring point after stabilizing the initial in鄄situ stress field 1郾 4郾 2 围岩变形特征 作为圆形隧道安全施工的关键区域,拱顶、拱腰和 拱底位置的测点监测数据需进行详细的研究分析. 以 左洞最内圈测点监测结果为示例,对隧洞周边围岩变 形特征进行分析. 如图 5 所示,贯通后隧道在径向存 在非均匀收缩现象,其中隧道围岩拱顶位置变形收缩 量最大,拱底和内侧拱腰位置次之,外侧拱腰位置变形 收缩量最小. 1郾 4郾 3 围岩破坏特征 随着单次开挖进尺和总开挖深度的增大,隧道周 围岩体变形趋势愈发明显、总变形量越来越大. 试验 图 5 各开挖阶段围岩变形收缩情况 Fig. 5 Shrinkage deformation of surrounding rock at each excavation stage 进行过程中,中间岩柱附近隧道拱肩、拱腰位置变形程 度相对较大,围岩最先在这些位置发生破坏;如图 6 所 示,根据模型试验结束后的观察结果,可发现在隧道拱 肩及拱腰位置围岩曾有明显的剥落掉渣现象,拱顶位 置出现若干条轴向延伸贯穿模型的裂纹,隧道围岩破 坏厚度约 0郾 5 ~ 1 cm. 1郾 4郾 4 围岩径向应力分布特征 如表 3 所示,双孔并行隧道全断面循环开挖作业 完成,即隧道贯通后,围岩径向应力整体分布较为均 匀,其中中间岩柱位置的径向应力值最大,隧道拱顶和 拱底位置应力值次之,隧道外侧边墙位置应力值最小; 因土压力计埋设位置距隧道围岩岩壁较远(8 cm),故 测得应力值相对较大. 表 3 模型试验中左洞各监测位置的应力情况 Table 3 Stress situation at each monitoring position in left tunnel in model test 监测位置 径向应力/ MPa 拱顶 0郾 51 拱底 0郾 50 外侧拱腰 0郾 41 内侧拱腰 0郾 54 ·789·