不同隧洞圍巖壓力計(jì)算方法對(duì)管片力學(xué)特性影響研究

劉啟波，方騰衛(wèi)，張建偉，劉 賀，江 琦

(1.廣東省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，廣東 廣州 510170；2.華北水利水電大學(xué)水利學(xué)院，河南 鄭州 450046)

全斷面隧道巖石掘進(jìn)機(jī)(Tunnel Boring Machine，簡(jiǎn)稱TBM)對(duì)圍巖的擾動(dòng)較??；TBM開挖施工減少了施工作業(yè)人員，機(jī)械化程度較高，極大地改善了施工的安全性和工作環(huán)境，工期也大幅度減少；TBM隧洞過流斷面水力學(xué)特性好，因此在隧洞工程中被廣為采用。管片結(jié)構(gòu)是TBM這一施工工法的主要承載部件，管片結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性研究變得尤為重要，更是影響著整個(gè)工程的質(zhì)量與安全[1-2]。

針對(duì)TBM隧洞管片力學(xué)特性及圍巖壓力計(jì)算方法的研究，前人進(jìn)行了大量工作。趙大洲等[3]基于南水北調(diào)西線一期工程中深埋長(zhǎng)隧洞的設(shè)計(jì)施工問題進(jìn)行研究分析，通過建立三維有限元模型分析研究Ⅲ類圍巖下圍巖變形及內(nèi)外水壓力作用對(duì)管片結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定性的影響。佘成學(xué)等[4]以青松水電站有壓引水隧洞工程為基礎(chǔ)，通過建立有壓引水隧洞三維有限元模型計(jì)算分析灌漿層及高內(nèi)水壓力作用對(duì)管片接縫變形等的影響。劉謙彬等[5]以位于喜馬拉雅山脈的巴瑞巴貝引水隧道工程為基礎(chǔ)，通過在管片襯砌外側(cè)安裝土壓力盒、水壓力計(jì)分析研究管片所受外部水土壓力分布規(guī)律，并通過在管片安裝前預(yù)埋的應(yīng)變計(jì)來間接地監(jiān)測(cè)管片結(jié)構(gòu)的受力情況及力學(xué)特性。陳俊生等[6]以廣州地鐵盾構(gòu)隧道工程為研究對(duì)象，通過建立盾構(gòu)施工有限元模型，對(duì)施工階段管片結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)特性分析，得出千斤頂對(duì)管片結(jié)構(gòu)在施工期造成的不利影響最大。李鵬飛等[7]通過對(duì)常見的全土柱理論、普氏公式、太沙基公式等7種隧道圍巖壓力計(jì)算方法進(jìn)行比較分析，歸納總結(jié)不同圍巖壓力計(jì)算方法的優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍。韓興博等[8]通過對(duì)多處盾構(gòu)法隧道及新奧法隧道進(jìn)行圍巖壓力現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，分析研究盾構(gòu)隧道圍巖壓力分布規(guī)律和作用模式及不同圍巖壓力計(jì)算公式對(duì)盾構(gòu)隧道的適用性。雖然上述學(xué)者對(duì)管片襯砌在圍巖壓力及內(nèi)外水壓力等組合工況作用下的力學(xué)特性和不同圍巖壓力計(jì)算方法適用性進(jìn)行了大量的研究，但是都沒有考慮到圍巖壓力計(jì)算方法對(duì)管片結(jié)構(gòu)力學(xué)特性的影響。

隧洞地下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算一般有經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法、實(shí)用設(shè)計(jì)法、作用與反作用模型(荷載-結(jié)構(gòu)法)、連續(xù)介質(zhì)法、地層-結(jié)構(gòu)法等[10-13]。目前采用的計(jì)算方法大多以荷載-結(jié)構(gòu)模型為基礎(chǔ)，將圍巖視作施載體而非承載體[14-15]。然而TBM隧洞開挖的施工工法其特點(diǎn)就是進(jìn)行襯砌結(jié)構(gòu)的快速連續(xù)支護(hù)與安裝，在進(jìn)行隧洞開挖完成以后，隧洞圍巖壓力尚未釋放時(shí)立即進(jìn)行管片襯砌結(jié)構(gòu)的安裝，形成“管片-圍巖”組合結(jié)構(gòu)，共同成為統(tǒng)一的受力體系，因此選用地層-結(jié)構(gòu)法，更有利于TBM管片的力學(xué)特性研究[16]。

綜上，本文以榕江關(guān)埠引水工程中Ⅴ類圍巖TBM輸水隧洞區(qū)間段為研究對(duì)象，基于全土柱理論、SL 279—2016《水工隧洞設(shè)計(jì)規(guī)范》與普氏理論3種圍巖壓力計(jì)算方法并結(jié)合三維有限元軟件，采用地層-結(jié)構(gòu)法建立計(jì)算模型分析管片的應(yīng)力狀態(tài)及位移變化規(guī)律，研究管片結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，并比較分析全土柱理論、SL 279—2016與普氏理論3種圍巖壓力計(jì)算方法的適用性。

1 工程概況及地質(zhì)條件

1.1 工程概況

榕江關(guān)埠引水工程輸水線路總長(zhǎng)35.266km，由取水口及箱涵段、引水盾構(gòu)隧洞、加壓泵站、加壓泵站至輸水隧洞埋管段、輸水隧洞(TBM隧洞)、輸水明渠、分水池及出水閘等建筑物組成。其中輸水隧洞長(zhǎng)約27.055km，此段輸水線路主要采用隧洞方案。該地區(qū)地層大部分為Ⅱ類和Ⅲ類圍巖為主，圍巖條件較好，巖質(zhì)堅(jiān)硬，但是其中分布少量Ⅳ類及Ⅴ類圍巖，圍巖強(qiáng)度低，巖體較破碎，因此該部分隧洞工程的建設(shè)主要采用對(duì)圍巖條件適應(yīng)性強(qiáng)的TBM法進(jìn)行施工開挖，并以傳統(tǒng)的鉆爆法輔助施工。Ⅴ類圍巖TBM輸水隧洞區(qū)間段處于全風(fēng)化花崗巖層，該區(qū)間隧洞埋深為51m，襯砌型式采用管片襯砌，管片襯砌內(nèi)徑為4.3m，外徑為4.8m，開挖洞徑為5.06m，管片外側(cè)與圍巖之間充填豆礫石并灌注水泥漿。

1.2 地質(zhì)條件

工程區(qū)內(nèi)主要為燕山二期中粗粒黑云母花崗巖，地質(zhì)構(gòu)造較簡(jiǎn)單，褶皺不發(fā)育，主要構(gòu)造形跡以陡傾角發(fā)育的斷裂為主。工程區(qū)內(nèi)規(guī)模較大的斷層共發(fā)育14條，寬1～5m不等，兩側(cè)斷層影響帶寬約10～50m不等。斷層走向主要為北西向，與沖溝走向基本一致，傾向北東或南西的陡傾角斷層為主，與隧洞夾角多為30°～70°。斷層帶主要發(fā)育糜棱巖斷層泥、壓碎巖、角礫巖、石英脈等，斷層帶內(nèi)偶夾弱風(fēng)化巖裂隙密集破碎帶。部分?jǐn)鄬右?guī)模較大，斷層影響帶寬30～50m，對(duì)圍巖穩(wěn)定性影響較大，容易產(chǎn)生較大掉塊、洞壁失穩(wěn)、洞頂坍塌等破壞現(xiàn)象。

2 圍巖壓力計(jì)算方法及計(jì)算過程

Ⅴ類圍巖無二次襯砌TBM有壓輸水隧洞的安全穩(wěn)定性研究依據(jù)全土柱理論、SL 279—2016和普氏理論這3種方法進(jìn)行圍巖壓力的計(jì)算。

2.1 全土柱理論計(jì)算法

全土柱理論計(jì)算方法[17]僅考慮了隧洞埋深的影響，未考慮隧洞跨度的影響，因此在進(jìn)行有限元計(jì)算分析時(shí)，依據(jù)隧洞的實(shí)際埋深建立有限元模型的上覆土體的厚度。

2.2 SL 279—2016計(jì)算法

圍巖壓力：

根據(jù)工程現(xiàn)場(chǎng)情況判斷，圍巖壓力的荷載計(jì)算更趨向于SL 279—2016[18]的9.2.4中第5條：薄層狀及碎裂散體結(jié)構(gòu)的圍巖，作用在襯砌上的圍巖壓力可按下式計(jì)算：

垂直方向qv=(0.2～0.3)γRb

(1)

水平方向qh=(0.05～0.10)γRh

(2)

式中，qv—垂直均布圍巖壓力，kN/m2；qh—水平均布圍巖壓力，kN/m2；γR—巖體容重，kN/m3；b—隧洞開挖寬度，m；h—隧洞開挖高度，m。

由工程的基本資料可知，隧洞開挖洞徑為5.06m。通過上述描述計(jì)算可得：由SL 279—2016計(jì)算出來的有效土柱深度為1.032m，垂直方向的圍巖壓力qv=25.79kPa，水平方向的圍巖壓力qh=12.89kPa。

2.3 普氏理論計(jì)算法

圍巖壓力：

按照普氏理論[19]計(jì)算圍巖壓力，計(jì)算過程如下：

(1)判斷TBM有壓輸水隧洞是否為深埋段

按照普氏理論，隧洞深埋與淺埋的分界深度H分界為：

(3)

式中，B—隧洞開挖斷面寬度，m；h—隧洞開挖斷面高度，m；f—圍巖堅(jiān)固系數(shù)。

通過上述公式計(jì)算，將系數(shù)取到最大值為2.5時(shí)，計(jì)算得出H分界=6.34m，由此得出TBM有壓輸水隧洞為深埋。

(2)確定有效土柱深度

根據(jù)普氏理論的基本內(nèi)容可按照下式計(jì)算有效的土柱深度：

(4)

(5)

式中，a1—自然平衡拱的最大跨度，m；b1—自然平衡拱的最大高度，m。

由基本資料的數(shù)據(jù)可以計(jì)算得出有效土柱深度范圍是1.9～3.81m。

(3)確定圍巖壓力數(shù)值

普氏認(rèn)為，作用在深埋松散巖體洞室頂部的圍巖壓力僅為拱內(nèi)巖體的自重。但是，在工程中通常為了方便，將洞頂?shù)淖畲髧鷰r壓力作為均布荷載，不計(jì)洞軸線的變化而引起的圍巖壓力變化。據(jù)此，洞頂最大圍巖壓力可按下式計(jì)算：

(6)

普氏圍巖壓力理論中的側(cè)向壓力可按下式計(jì)算：

(7)

(8)

計(jì)算得出豎向圍巖壓力范圍q為47.573～95.146kPa；側(cè)向壓力e1=7.913kPa，e2=55.392kPa。

2.4 理論比較

依據(jù)全土柱理論的圍巖壓力計(jì)算方法，圍巖壓力的大小只與隧洞的埋深有關(guān)，且隧洞實(shí)際埋深為51m，所以全土柱理論計(jì)算的圍巖壓力最大；依據(jù)SL 279—2016計(jì)算出來的有效土柱深度為1.032m，垂直方向的圍巖壓力qv=25.79kPa，水平方向的圍巖壓力qh=12.89kPa；依據(jù)普氏理論計(jì)算出來的有效土柱深度為1.9～3.81m，垂直方向的圍巖壓力范圍q為47.573～95.146kPa；水平方向的圍巖壓力e1=7.913kPa，e2=55.392kPa。

3 TBM有壓輸水隧洞精細(xì)化模擬

3.1 精細(xì)化模型及邊界條件

以榕江關(guān)埠引水工程中Ⅴ類圍巖TBM輸水隧洞區(qū)間段為研究對(duì)象，建立TBM有壓輸水隧洞安全精細(xì)化模型。根據(jù)全土柱理論、SL 279—2016和普氏理論計(jì)算出的有效土柱深度的不同，隧洞的埋深也不相同，三維有限元整體模型如圖1所示。模型主要包括圍巖層、固結(jié)灌漿層、豆礫石灌漿層和管片層。模型尺寸以隧洞中心點(diǎn)為起點(diǎn)分別向左、向右、向下延伸3倍洞徑，隧洞開挖方向長(zhǎng)度為23m，其包括兩端的邊界效應(yīng)區(qū)域。模型網(wǎng)格剖分主要以規(guī)則六面體單元為主，減少計(jì)算中力傳遞產(chǎn)生的應(yīng)力集中現(xiàn)象。模型中用面-面接觸模擬管片層與豆礫石灌漿層、豆礫石灌漿層與圍巖之間的相互作用，即法向上定義為硬接觸，允許接觸面之間發(fā)生分離；切向上服從庫(kù)倫摩擦定律，當(dāng)切向應(yīng)力達(dá)到臨界值后允許發(fā)生滑移，摩擦系數(shù)取0.5[20]。

圖1 TBM有壓輸水隧洞安全精細(xì)化三維模型

模型左右邊界施加x方向的法向約束，前后邊界施加z方向的法向約束，底部邊界施加全約束。

數(shù)值模擬計(jì)算中，圍巖、管片、豆礫石灌漿層均采用三維實(shí)體單元(C3D8R)模擬，隧洞圍巖采用Mohr-Coulomb屈服準(zhǔn)則本構(gòu)模型，鋼筋混凝土管片及豆礫石灌漿層則采用線彈性本構(gòu)模型。材料參數(shù)見表1。

表1 有限元材料計(jì)算的參數(shù)

3.2 加載方式

在進(jìn)行數(shù)值計(jì)算分析時(shí)，首先進(jìn)行地應(yīng)力平衡模擬初始地應(yīng)力場(chǎng)，保證圍巖結(jié)構(gòu)初始地應(yīng)力狀態(tài)的正確性。管片結(jié)構(gòu)外表面沿高度方向施加不均勻分布的外水壓力；內(nèi)表面沿高度方向施加不均勻分布的內(nèi)水壓力。

3.3 計(jì)算工況及荷載

為探究不同荷載組合工況對(duì)隧洞結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性的影響，揭示其應(yīng)力、位移等變化規(guī)律，以期為其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及運(yùn)行管理提供理論參考。結(jié)合工程實(shí)際，設(shè)置4種荷載組合工況，開展隧洞結(jié)構(gòu)有限元計(jì)算，具體如下：

工況1：隧洞穿越典型區(qū)段圍巖壓力作用工況；

工況2：隧洞穿越典型區(qū)段圍巖壓力+外水壓力作用工況；

工況3：隧洞穿越典型區(qū)段圍巖壓力+內(nèi)水壓力作用工況；

工況4：隧洞穿越典型區(qū)段圍巖壓力+內(nèi)水壓力+外水壓力作用工況。

各計(jì)算工況的荷載組合方式見表2。

表2 各個(gè)工況荷載組合

4 管片力學(xué)特性分析

為了研究無二次襯砌TBM有壓輸水隧洞的安全穩(wěn)定性，對(duì)不同荷載組合工況作用下同一參考斷面的應(yīng)力及位移進(jìn)行對(duì)比分析[21-22]。

4.1 管片拉應(yīng)力分析

工況1圍巖壓力荷載作用下，不同圍巖壓力計(jì)算方法的管片最大主應(yīng)力云圖如圖2所示。由圖可知，在全土柱理論計(jì)算方法下管片的較大拉應(yīng)力區(qū)主要發(fā)生在拱頂、拱底及管片拱頂和拱底邊緣區(qū)域，所受拉應(yīng)力的最大值為1.866MPa；在SL 279—2016計(jì)算方法下，管片無受拉區(qū)；在普氏理論有效土柱深度為1.9m時(shí)，管片的較大拉應(yīng)力區(qū)主要發(fā)生在拱頂內(nèi)側(cè)區(qū)域，所受拉應(yīng)力的最大值為4.222kPa；在普氏理論有效土柱深度為3.81m時(shí)，管片的較大拉應(yīng)力區(qū)主要發(fā)生在拱頂內(nèi)側(cè)區(qū)域，所受拉應(yīng)力的最大值為9.888kPa。管片的最大拉應(yīng)力均小于SL 191—2008《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》C55混凝土抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值2.740MPa，均滿足規(guī)范要求。

圖2 管片最大主應(yīng)力云圖

不同荷載組合工況作用下，同一參考斷面的最大主應(yīng)力最大值結(jié)果對(duì)比圖，如圖3所示。在基于全土柱理論方法進(jìn)行計(jì)算分析時(shí)，不同荷載組合工況在管片結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生的最大主應(yīng)力的最大值均為正值(即管片結(jié)構(gòu)存在受拉區(qū))；在基于SL 279—2016計(jì)算的圍巖壓力作用下，不同荷載組合工況在管片結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生的最大主應(yīng)力的最大值均為負(fù)值(即管片結(jié)構(gòu)無受拉區(qū))；在普氏理論有效土柱深度為1.9m的圍巖壓力作用下，在僅有圍巖壓力和在檢修期有圍巖壓力和外水壓力作用下，在管片結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生的最大主應(yīng)力的最大值為正值；在普氏理論有效土柱深度為3.81m的圍巖壓力作用下，不同荷載組合工況在管片結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生的最大主應(yīng)力的最大值均為正值。

圖3 管片最大主應(yīng)力最大值結(jié)果對(duì)比圖

圍巖壓力的大小會(huì)對(duì)管片結(jié)構(gòu)是否產(chǎn)生受拉區(qū)產(chǎn)生一定的影響，因此在進(jìn)行管片結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定性研究時(shí)，應(yīng)根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況選取合理的圍巖壓力計(jì)算方法，保證研究結(jié)果的正確性與合理性。

4.2 管片壓應(yīng)力分析

工況1圍巖壓力荷載作用下，不同圍巖壓力計(jì)算方法的管片最小主應(yīng)力云圖如圖4所示。由圖可知，在全土柱理論計(jì)算方法下管片承受最大壓應(yīng)力區(qū)域位于拱腰內(nèi)側(cè)區(qū)域，所受壓應(yīng)力的最大值為15.660MPa；在SL 279—2016計(jì)算方法下，管片承受的最大壓應(yīng)力區(qū)域位于拱頂外側(cè)區(qū)域，所受壓應(yīng)力的最大值為189.800kPa；在普氏理論有效土柱深度為1.9m時(shí)，管片承受最大壓應(yīng)力區(qū)域位于拱頂外側(cè)區(qū)域及拱頂與拱腰之間的內(nèi)側(cè)區(qū)域，所受壓應(yīng)力的最大值為476.300kPa；在普氏理論有效土柱深度為3.81m時(shí)，管片承受最大壓應(yīng)力區(qū)域位于拱頂外側(cè)區(qū)域及拱頂與拱腰之間的內(nèi)側(cè)區(qū)域，所受壓應(yīng)力的最大值為881kPa。管片的最大壓應(yīng)力均小于SL191—2008 C55混凝土抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值35.500MPa，均符合規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。

圖4 管片最小主應(yīng)力云圖

不同荷載組合工況作用下，同一參考斷面的壓應(yīng)力最大值結(jié)果對(duì)比圖，如圖5所示。基于全土柱理論計(jì)算的圍巖壓力作用下不同荷載組合工況在管片結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生的最大壓應(yīng)力均遠(yuǎn)大于普氏理論與SL 279—2016；基于普氏理論有效土柱深度為3.81m時(shí)的圍巖壓力作用下不同荷載組合工況在管片結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生的壓應(yīng)力的最大值均大于普氏理論有效土柱深度為1.9m時(shí)；采用SL 279—2016計(jì)算的圍巖壓力作用下不同荷載組合工況在管片結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生的最大壓應(yīng)力均為最小。

圖5 管片壓應(yīng)力結(jié)果對(duì)比圖

隨著圍巖壓力的增大，管片結(jié)構(gòu)承受的最大壓應(yīng)力也越來越大。并且無論在基于哪種理論計(jì)算的圍巖壓力條件下，均在檢修期圍巖壓力和外水壓力共同作用下產(chǎn)生的壓應(yīng)力最大。圍巖壓力的大小以及外水壓力的作用會(huì)對(duì)管片結(jié)構(gòu)所承受的壓應(yīng)力產(chǎn)生一定的影響。因此在進(jìn)行管片結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定性研究時(shí)，應(yīng)根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況選取合理的圍巖壓力計(jì)算方法及重點(diǎn)監(jiān)測(cè)施工現(xiàn)場(chǎng)外水壓力的大小。

4.3 管片豎向位移分析

工況1圍巖壓力荷載作用下，不同圍巖壓力計(jì)算方法的管片豎向位移云圖如圖6所示。由圖可知，在全土柱理論計(jì)算方法下管片位移分布規(guī)律整體呈對(duì)稱分布，且管片位移沿拱頂-拱腰-拱底基本呈逐漸減小的趨勢(shì)，豎向變形位移最大值發(fā)生在拱頂位置，管片豎向相對(duì)位移為3.688mm；在SL 279—2016計(jì)算方法下，管片位移沿拱頂-拱腰-拱底呈逐漸減小的趨勢(shì)，豎向變形位移最大值發(fā)生在拱頂位置，管片豎向相對(duì)位移為0.327mm；在普氏理論有效土柱深度為1.9m時(shí)，管片位移沿拱頂-拱腰-拱底呈逐漸減小的趨勢(shì)，豎向變形位移最大值發(fā)生在拱頂位置，管片豎向相對(duì)位移為0.882mm；在普氏理論有效土柱深度為3.81m時(shí)，管片位移沿拱頂-拱腰-拱底呈逐漸減小的趨勢(shì)，豎向變形位移最大值發(fā)生在拱頂位置，管片豎向相對(duì)位移為1.586mm。管片的最大豎向位移均滿足GB 50446—2017《盾構(gòu)法隧道施工及驗(yàn)收規(guī)范》中關(guān)于隧道襯砌結(jié)構(gòu)豎向位移控制值判斷準(zhǔn)則小于10.000mm的要求。

圖6 管片豎向位移云圖

不同荷載組合工況下，同一參考斷面的豎向相對(duì)位移結(jié)果對(duì)比圖，如圖7所示?；谌林碚撚?jì)算的圍巖壓力作用下不同荷載組合工況在管片結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生的豎向相對(duì)位移均遠(yuǎn)大于SL 279—2016和普氏理論；基于普氏理論有效土柱深度為3.81m時(shí)的圍巖壓力作用下不同荷載組合工況在管片結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生的豎向相對(duì)位移均大于普氏理論有效土柱深度為1.9m時(shí)；采用SL 279—2016計(jì)算的圍巖壓力作用下不同荷載組合工況在管片結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生的豎向相對(duì)位移均為最小。

圖7 管片豎向相對(duì)位移結(jié)果對(duì)比圖

隨著圍巖壓力的不斷增大，管片結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的豎向相對(duì)位移也越來越大。并且無論在基于哪種理論計(jì)算的圍巖壓力條件下，均在檢修期圍巖壓力和外水壓力共同作用下產(chǎn)生的豎向相對(duì)位移最大。圍巖壓力的大小以及外水壓力的作用會(huì)對(duì)管片結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的豎向相對(duì)位移產(chǎn)生一定的影響。因此在進(jìn)行管片結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定性研究時(shí)，應(yīng)根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況選取合理的圍巖壓力計(jì)算方法及重點(diǎn)監(jiān)測(cè)施工現(xiàn)場(chǎng)外水壓力的大小。

5 結(jié)論

依據(jù)3種圍巖壓力計(jì)算方法基于地層-結(jié)構(gòu)法建立有限元模型進(jìn)行Ⅴ類圍巖單層襯砌結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定性研究，主要結(jié)論如下：

(1)該工程依據(jù)3種圍巖壓力計(jì)算方法所得結(jié)果均滿足規(guī)范要求，Ⅴ類圍巖單層襯砌TBM有壓輸水隧洞處于安全狀態(tài)。管片結(jié)構(gòu)是否產(chǎn)生受拉區(qū)與圍巖壓力的大小有關(guān)，圍巖壓力較小的情況下，管片結(jié)構(gòu)無受拉區(qū)。壓應(yīng)力和豎向相對(duì)位移最大值均出現(xiàn)在檢修期圍巖壓力和外水壓力共同作用下。

(2)在進(jìn)行有壓輸水隧洞設(shè)計(jì)與研究時(shí)，在淺埋隧洞中可以選取全土柱理論進(jìn)行圍巖壓力的計(jì)算；在深埋隧洞中，可以選取普氏理論進(jìn)行圍巖壓力的計(jì)算，并依此進(jìn)行有壓輸水隧洞的設(shè)計(jì)與研究。