高情义 李燕红

（云南展旭工程咨询有限公司，云南 曲靖 655000）

我国地域辽阔、地理条件复杂，地层中普遍存在空洞和暗河等结构缺陷，是地下工程经常面临的潜在安全风险。依据统计，空洞导致地层塌陷引发的地下施工安全事故占地下施工安全事故总数的30%。

隧道开挖引起原地应力重分布，导致地层处于不平衡状态，尤其是含空洞的部位应力比较集中。开挖扰动很容易造成含空洞的部位空洞结构失稳，进而导致开挖断面坍塌，为地下施工埋下安全隐患。

因为隧道拥有线状结构物的特点，所以开挖后的施工断面处于不同的应力环境。在开挖扰动后，不同的应力条件对地层稳定性的影响不同。应力条件的不同，加上含地层空洞的结构缺陷，导致开挖断面坍塌的机率大幅增加。因此，有必要模拟研究在不同应力环境下，含空洞地层中的开挖隧道断面，为含空洞地层开挖扰动灾变事故提供一定的理论指导和风险预测。

一、工程依托

依托重庆某隧道模拟数值，把地层假设为均质地层，计算均按照平面应变模型分析。初始侧压力系数λ为0，隧道开挖为全断面开挖，断面形状为马蹄形，跨径8m，拱高7.5m。

二、模型参数及网格模型

利用有限元差分软件flac3d建模，隧道半径为8m。根据理论经验，取大于等于6倍隧道半径为模型边界范围，因此模型尺寸为48m×2m×52m（X×Y×Z）。边界约束条件为，X轴方向和Y轴方向为水平约束，Z轴方向为垂直XY底面约束，顶部为自由面。采用六面体网格建模，共划分1152个单元，1546个节点，模型采用摩尔库伦弹塑性模型，计算方法为先平衡含有空洞地层初始地的应力，再模拟不同侧压力系数条件下的隧道全断面开挖。……