开挖软岩隧道的支护结构变形模拟分析(3)

　　3.1.2支护后总位移变化。
　　
　　图6为支护后隧洞轴线方向总位移图，图7为支护后各监测点方向位移变化图。由图6、7可看出，支护后隧道总位移的最大值有开挖时的2.75cm减小至现在的1.70cm,根据《铁路隧道设计规范》[8]中关于单线隧道初期支护极限相对位移的规定，Ⅴ类围岩在埋深大于300m时，拱顶相对下沉0.5%~0.8%为安全，实际模型计算支护后拱顶相对下沉小于0.1%,故判断初期支护有效。拱顶沉降量在A处减小为1cm,洞底隆起值在D处降为1.6cm,在3D处均衰减到0.2cm左右。拱腰径向位移的空间效应影响范围由支护前的0.7D减小为0.3D,在拱腰0.3D范围内，拱腰B、C方向的水平收敛位移指向洞内，大于0.3D转向洞外，增加至0.04cm左右后趋于稳定。支护结构对拱顶的变形量控制明显大于洞底，这主要受洞形影响，洞顶为拱形，可向下和向外传递所受压力，故其支护效果会优于平面洞底。
　　 　　3.2开挖与支护后塑性区变化。
　　
　　3.2.1开挖后塑性区分布。
　　
　　图8为开挖后轴线方向及典型横截面S塑性区分布图。由图8可看出，隧道开挖后，在隧道前段三叠系上统罗家大山组三段（T3l3）的粉砂质页岩夹煤层地层中，塑性区开展深度普遍大于1D范围，在埋深最大的典型横截面S附近洞段，塑性区呈“X形”分布，范围可达到3D左右；后段三叠系上统罗家大山组二段（T3l2）的泥岩、粉砂质泥岩、砂岩地层中，塑性区范围明显减小。在同等埋深情况下，围岩强度较大的前段隧洞塑性区范围明显大于围岩强度较小的后段，可见围岩强度对于塑性区的分布具有重要影响。在洞壁附近，围岩以剪切-拉张破坏为主，向深部扩展逐渐转换为以剪切破坏为主，剪切破坏主要发生在拱顶和洞底，拱腰位置分布较少。