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1計算模型的建立

采用FLAC3D三維計算軟件，數值模型橫向120m，隧道中心到底部邊界選取40m，共有124800個節點，128979個單元，前、后、左、右及下邊界均為法向位移約束，上邊界采用應力邊界，三維整體網格見圖6。2．2計算參數根據隧道地質勘察報告和現行規范，按抗彎剛度等效原則，將支護的網噴混凝土和鋼拱架作為一個等效體，并采用三維實體單元進行模擬，圍巖與初期支護具體參數如表3所示，選用Mohr－Coulomb彈塑性本構模型。地應力選取斷面處埋深400m。根據現場實測，隧道中心水頭高度150m。地應力與水頭以梯度形式向四周圍巖變化分布。中風化巖滲透系數為2×10－7m·s－1，從現場開挖實際出發，斷層水平(橫向、縱向)滲透系數與中風化巖滲透系數相同，豎向滲透性大于水平滲透性，豎向滲透系數為1×10－6m·s－1，支護滲透系數為1×10－8m·s－1。

2空隙水壓特征

隨著掌子面推進，待開挖核心土和邊墻圍巖出現高水壓積聚現象，其中掌子面前方比較顯著，易引起圍巖塑性化和失穩。隨著掌子面推進，目標面空隙水壓所示。可以看出，掌子面前方均出現高水壓積聚現象，其中中風化巖與斷層分界面峰值水壓為1．11MPa，位置在掌子面前方12m左右(約1D)。斷層掌子面前方待開挖核心土體的水壓峰值為1．15MPa，位置在掌子面前方20m左右(約1．5D)。因此，建議進行掌子面超前排水，以便釋能降壓，降低其峰值，其有效超前排水距離應不少于水壓峰值出現位置。可采用釋能降壓原理，釋放掌子面前方所存儲的能量，降低水土壓力對隧道的穩定性影響，排水壓力差形成的塑性區貫通，規避施工及運營過程中潛在風險。

3掌子面核心土能量

根據力學原理，應變能密度為．其中，v巖體泊松比，σi(i=1，2，3)為主應力。以目標面為例，掌子面前方待開挖核心土能量密度分布曲線所示。掌子面深部圍巖能量密度出現先增大再減小趨勢，峰值位置為掌子面失穩的潛在區域，孕育巖體失穩關鍵要素。中風化巖與斷層分界面峰值為86．9kJ·m－3，位于掌子面前方約12m。斷層中間位置的能量密度峰值相對較大，為79．5kJ·m－3，也位于掌子面前方12m左右。因此建議掌子面進行超前預加固，其有效范圍為前方12m，即一倍洞跨。

作者：胡磊單位：陜西煤礦鉆洞企業