富水隧道施工期及运营期衬砌结构力学特性研究

以米亚罗3号隧道为依托工程,首先通过现场实测应力监测数据,对米亚罗3号隧道施工期支护结构应力的演变规律进行了分析研究;然后进一步借助数值分析软件,对不同初始水头高度下,米亚罗3号隧道运营期间围岩和衬砌结构的力学特征进行了研究.应力监测结果表明:隧道上台阶开挖后,拱顶和拱肩处的围岩一初支接触压力、钢拱架应力和外水压力迅速增大,约在30?40 d后趋于稳定;下台阶开挖后,拱腰处的接触压力、钢拱架应力和外水压力快速增长,约在30?50 d后趋于稳定;随着下台阶的开挖,拱肩处的围岩一初支接触压力再度缓慢增长,而钢拱架应力则明显下降;二衬施作后,其内力快速增长,并在20 d后趋于稳定.数值模拟结果表明:当初始水头高度增加时,运营期间米亚罗3号隧道的洞周位移、二衬内力和外水压力均成一定比例的增加;隧道变形主要为竖直和水平方向的挤压变形,最大位移发生在拱底;相对于无地下水的情况,地下水的存在会影响衬砌弯矩分布,导致弯矩最大截面从拱顶转移至拱脚;衬砌所受外水压力在拱底处最小,其余部位分布较为均匀;随着初始水头的增大,拱腰和拱脚背后围岩的塑性区范围会明显增加.