肖學(xué)龍 劉國(guó)平 李輝 付雪東 程選生

1.中鐵二十一局集團(tuán)第四工程有限公司 西安710000 2.蘭州理工大學(xué)土木工程學(xué)院 730050

引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)實(shí)力的逐步提高、城鎮(zhèn)化建設(shè)的逐步推進(jìn)，為了更方便城鄉(xiāng)之間的交流，對(duì)于修建山嶺隧道的需求與日俱增。而山嶺隧道作為交通工程、水工工程不可缺少的重要組成部分，往往會(huì)遇到斷層破碎帶。在施工中遇到斷層破碎帶時(shí)，隧道的開(kāi)挖往往會(huì)導(dǎo)致原本穩(wěn)定的圍巖結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，引發(fā)坍塌等各類(lèi)地質(zhì)災(zāi)害。

王曉［1］通過(guò)數(shù)值模擬及現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)等手段對(duì)傾角不同的斷層破碎帶中隧道施工圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力、變形、穩(wěn)定性進(jìn)行了探討。張連成［2］發(fā)現(xiàn)當(dāng)隧道采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法時(shí)，隧道洞室圍巖產(chǎn)生的豎向位移及水平位移相對(duì)較小，且位移穩(wěn)定較快。張志恩［3］以新疆某公路隧道為背景，針對(duì)穿越斷層破碎帶松散體開(kāi)挖方案展開(kāi)研究。劉萬(wàn)生［4］采用數(shù)值模擬的手段對(duì)青藏鐵路二線(xiàn)關(guān)角雙線(xiàn)雙洞隧道穿越斷層破碎帶施工過(guò)程計(jì)算分析，對(duì)其設(shè)計(jì)擬采用的施工工法、施工步驟及關(guān)鍵工序控制進(jìn)行合理的分析，認(rèn)為該設(shè)計(jì)方案合理有效。奚家米等［5］通過(guò)有限元軟件ANYSYS對(duì)西成鐵路隧道穿越斷層破碎帶工程進(jìn)行分析，對(duì)雙側(cè)壁導(dǎo)坑法與小臺(tái)階法分別應(yīng)用于隧洞施工時(shí)隧洞掌子面的圍巖穩(wěn)定性及支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形，發(fā)現(xiàn)雙側(cè)壁導(dǎo)坑法相對(duì)小臺(tái)階法在斷層破碎帶處施工時(shí)更穩(wěn)定。王君等［6］采用Plaxis-3D 對(duì)京新高速隧道過(guò)軟弱破碎圍巖進(jìn)行隧道開(kāi)挖模擬，并采用不同工藝進(jìn)行對(duì)比分析。劉學(xué)偉［7］針對(duì)隧道通過(guò)斷層破碎帶的施工進(jìn)行數(shù)值分析，比較了不同施工工法、工序下，隧洞拱頂、底板及兩側(cè)的應(yīng)力應(yīng)變分布規(guī)律。崔嵐等［8］發(fā)現(xiàn)當(dāng)采用臺(tái)階法施工時(shí)，圍巖的穩(wěn)定性及支護(hù)結(jié)構(gòu)的適應(yīng)性更強(qiáng)，且從工程效益上比較，臺(tái)階法也明顯優(yōu)于單側(cè)壁導(dǎo)洞法。王魯南［9］對(duì)隧道穿越斷層破碎帶時(shí)不同工法的應(yīng)用對(duì)隧道圍巖的穩(wěn)定性影響進(jìn)行分析，得到在斷層破碎帶施工的注意事項(xiàng)。江厚祥［10］針對(duì)環(huán)山坪隧道穿越斷層破碎帶地段隧道開(kāi)挖和施工的力學(xué)特性開(kāi)展研究，比較了穿越斷層破碎帶時(shí)隧道采用不同開(kāi)挖方式時(shí)引發(fā)洞室圍巖應(yīng)力應(yīng)變的規(guī)律。邵潤(rùn)萌［11］提出了應(yīng)對(duì)隧道發(fā)生錯(cuò)斷的措施，并且通過(guò)建立有限元模型對(duì)幾種抗錯(cuò)斷的方法進(jìn)行了對(duì)比。以烏鞘嶺隧道為依托，張宇［12］研究了圍巖與隧道結(jié)構(gòu)的受力變形情況，得出烏鞘嶺隧道的時(shí)效特征較為明顯。程選生等［13］考慮流固耦合研究了海水對(duì)隧道結(jié)構(gòu)的影響。姚飛翔［14］考慮斷層的力學(xué)作用研究了穿越斷層帶的隧道變形和受力。Jeon Seokwon［15］研究了不同施工工法對(duì)隧道穩(wěn)定性的影響，通過(guò)對(duì)比對(duì)今后建設(shè)穿越斷層帶的隧道提供參考。Burridge 和Jethwa［16，17］就地質(zhì)對(duì)穿越斷層帶內(nèi)支護(hù)的變形問(wèn)題進(jìn)行分析，最終得出，斷層帶的存在會(huì)嚴(yán)重加大隧道的變形，并且改變襯砌結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)。

當(dāng)前，許多學(xué)者對(duì)隧道穿越斷層破碎帶進(jìn)行了一定的研究，但是對(duì)于隧道穿越斷層破碎帶時(shí)圍巖結(jié)構(gòu)的變形和應(yīng)力規(guī)律等還有待研究。本文基于興泉鐵路楓樹(shù)下隧道項(xiàng)目，通過(guò)數(shù)值模擬方法對(duì)開(kāi)挖模擬后隧道對(duì)圍巖結(jié)構(gòu)的變形和應(yīng)力規(guī)律進(jìn)行了探討。

1 含斷層隧道圍巖結(jié)構(gòu)的本構(gòu)模型

本文采用Flac3D 有限差分?jǐn)?shù)值模擬軟件，建立了如圖1 所示的斷層破碎帶隧道開(kāi)挖簡(jiǎn)化模型。模型長(zhǎng)200m、高100m、寬100m，是由兩個(gè)圍巖中夾著傾角為45°的斷層破碎帶組成。隧道位于低山地帶，根據(jù)地質(zhì)勘察資料，隧道全長(zhǎng)2730m，隧道所取尺寸如下：高度10m、寬9m、襯砌0.3m，同時(shí)考慮了隧埋深為40m ～60m，隧道整體呈豎橢圓形位于模型中間位置，斷層與隧道夾角呈135°。針對(duì)簡(jiǎn)化模型的設(shè)計(jì)，本構(gòu)模型的選取則主要針對(duì)于斷裂破碎帶和圍巖。區(qū)內(nèi)上覆地層為第四系全新統(tǒng)坡殘積層（Q4dl ＋pl）粉質(zhì)黏土、松軟土巖為晚元古界青白口系源組（Qnw）變質(zhì)砂巖夾千枚巖，局部因斷層發(fā)育有多組節(jié)理，斷層破碎帶的巖體較破碎，富水性較好。隧道穿越區(qū)內(nèi)圍巖主要為風(fēng)化變質(zhì)砂巖夾千枚巖，圍巖等級(jí)為Ⅳ級(jí)和Ⅴ級(jí)，其中Ⅴ級(jí)圍巖主要存在于斷層破碎帶內(nèi)。本文選取的Ⅳ級(jí)圍巖，其巖性相比斷層破碎帶來(lái)說(shuō)要更加堅(jiān)硬和完整，斷層破碎帶地質(zhì)破碎，松散或膠結(jié)物較多。

圖1 含斷層破碎帶隧道開(kāi)挖簡(jiǎn)化模型Fig.1 Simplified model of tunnel excavation with fault fracture zone

模型地層主要分為圍巖和斷層破碎帶兩部分，圍巖選取Drucker-Prager 彈塑性模型，斷層破碎帶選取經(jīng)典的Mohr-Coumolb 彈塑性模型，參照相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范、勘察規(guī)范以及工程地質(zhì)手冊(cè)［18］等，簡(jiǎn)化模型巖土層相關(guān)計(jì)算物理力學(xué)參數(shù)如表1 所示。

表1 巖土層物理力學(xué)參數(shù)Tab.1 Physical and mechanical parameters of rock and soil layers

根據(jù)表1 所示的巖土體物理力學(xué)參數(shù)，利用FLAC3D求解模型的Z 方向初始地應(yīng)力云圖如圖2 所示。

圖2 初始地應(yīng)力Z 方向應(yīng)力云圖（單位： Pa）Fig.2 Z stress cloud diagram of initial in-situ stress（unit：Pa）

為準(zhǔn)確地分析出隧道開(kāi)挖過(guò)程的應(yīng)力應(yīng)變變化情況，在對(duì)自重的應(yīng)力求解完成之后，需要將模型所有的節(jié)點(diǎn)速度和位移清零。

在斷層破碎帶隧道開(kāi)挖過(guò)程中，選用全斷面開(kāi)挖方法，開(kāi)挖進(jìn)尺2m。為準(zhǔn)確驗(yàn)證分析本構(gòu)模型選取的可靠性，需選取典型位置進(jìn)行開(kāi)挖模擬分析，以獲取相應(yīng)的應(yīng)力應(yīng)變情況?？紤]到本次簡(jiǎn)化模型的地層分布情況，選取圖3 所示的典型開(kāi)挖斷面位置的模擬開(kāi)挖。

圖3 典型開(kāi)挖位置的選取Fig.3 Selection of typical excavation locations

如圖3 所示，隧道在開(kāi)挖過(guò)程中會(huì)先經(jīng)過(guò)圍巖，隨后穿越斷層破碎帶，最后又開(kāi)挖到圍巖位置，其中有兩個(gè)特殊位置，即圍巖-斷層破碎帶交界處和斷層破碎帶-圍巖交界處，因?yàn)殚_(kāi)挖隧道會(huì)擾動(dòng)到兩種不同性質(zhì)的巖土層，涉及到力學(xué)情況復(fù)雜，因此為了使本構(gòu)模型的分析結(jié)果最具針對(duì)性，對(duì)特殊區(qū)域進(jìn)行分區(qū)分析，將圍巖-斷層破碎帶交界區(qū)域分區(qū)為Ⅰ區(qū)，斷層破碎帶-圍巖交界區(qū)域分區(qū)為Ⅱ區(qū)如圖所示，分別對(duì)其進(jìn)行開(kāi)挖模擬并對(duì)數(shù)值計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析。Ⅰ區(qū)和Ⅱ區(qū)開(kāi)挖分析選用上述簡(jiǎn)化模型，即局部長(zhǎng)為10m的模型進(jìn)行開(kāi)挖分析，模型參數(shù)選用表1 所示巖土體物理力學(xué)參數(shù)計(jì)算，模型四周和底部采用法向約束邊界，在地應(yīng)力計(jì)算階段將隧道所在位置的巖土體按照實(shí)際所在位置的巖土體進(jìn)行模擬附參，即開(kāi)挖模擬分析，得到在特殊區(qū)域開(kāi)挖5m后巖土體應(yīng)力和位移等變化情況，并分析可能發(fā)生的巖土體破壞問(wèn)題。

2 計(jì)算結(jié)果及結(jié)果分析

2.1 Ⅰ區(qū)計(jì)算結(jié)果分析

隧道的開(kāi)挖伴隨有區(qū)域局部巖土體的應(yīng)力應(yīng)變的改變，Ⅰ區(qū)開(kāi)挖后得到Z方向和X方向應(yīng)力分布如圖4 所示。

圖4 Ⅰ區(qū)開(kāi)挖后應(yīng)力分布云圖（單位： Pa）Fig.4 Cloud diagram of stress distribution after excavation in Zone Ⅰ（unit：Pa）

由圖4 可以看出，Ⅰ區(qū)隧道開(kāi)挖后，在隧道周?chē)霈F(xiàn)應(yīng)力集中，特別是隧道拱頂上方和隧道壁兩側(cè)，其中隧道兩側(cè)Z 方向應(yīng)力最大可達(dá)3.50MPa，拱頂上方最大X 方向應(yīng)力可達(dá)2.26MPa，均超出了斷層破碎帶的承受范圍，將發(fā)生頂端上方塌陷情況，而隧道底部應(yīng)力在圍巖力學(xué)承受范圍之內(nèi)，破壞較小。為進(jìn)一步分析開(kāi)挖造成的擾動(dòng)，其位移分布如圖5 所示。

從圖5 可以看出，隧道破壞主要發(fā)生了隧道拱頂上方，塌陷最大位移達(dá)24.2mm，這是因?yàn)樗淼郎戏綖閿鄬悠扑閹?，性質(zhì)軟弱，開(kāi)挖后造成拱頂應(yīng)力集中，又因?yàn)槠淞W(xué)強(qiáng)度低，無(wú)法承受相應(yīng)的應(yīng)力，而發(fā)生塌陷。與此同時(shí)，隧道下方為較堅(jiān)硬的圍巖，因?yàn)榱W(xué)性質(zhì)較高而沒(méi)有發(fā)生較大的地層隆起破壞，這一點(diǎn)與很多工程施工實(shí)際情況一致。

圖5 Ⅰ區(qū)開(kāi)挖后周邊位移分布情況（單位： m）Fig.5 Distribution of surrounding displacement after excavation in Zone Ⅰ（unit：m）

2.2 Ⅱ區(qū)計(jì)算結(jié)果分析

選取另一典型區(qū)域位置進(jìn)行隧道開(kāi)挖數(shù)值模擬分析，通過(guò)模擬得出Ⅱ區(qū)隧道開(kāi)挖后Z方向和X方向應(yīng)力分布如圖6 所示。

圖6 Ⅱ區(qū)開(kāi)挖后應(yīng)力分布云圖（單位： Pa）Fig.6 Cloud diagram of stress distribution after excavation in Zone Ⅱ（unit：Pa）

由圖6 可以看出，和Ⅰ區(qū)隧道開(kāi)挖類(lèi)似，Ⅱ區(qū)隧道開(kāi)挖之后在隧道周?chē)霈F(xiàn)應(yīng)力集中，主要還是出現(xiàn)在隧道拱頂上方和隧道壁兩側(cè)，隧道兩側(cè)Z方向應(yīng)力最大可達(dá)2.23MPa，拱頂上方最大X方向應(yīng)力可達(dá)2.10MPa，相對(duì)于土Ⅰ區(qū)應(yīng)力較小，這是由于隧道上方為圍巖，強(qiáng)度較大，承受應(yīng)力能力較強(qiáng)，分擔(dān)了局部應(yīng)力集中，但由于下層斷層破碎帶強(qiáng)度低，受大小為2.10MPa的X方向應(yīng)力很容易發(fā)生剪切破壞，造成隧道底部巖土體發(fā)生隆起。Ⅱ區(qū)開(kāi)挖后的位移分布圖如圖7所示。

圖7 Ⅱ區(qū)開(kāi)挖后周邊位移分布情況（單位： m）Fig.7 Distribution of surrounding displacements after excavation in Zone Ⅱ（unit：m）

如圖7 所示，與Ⅰ區(qū)位移分布圖不同的是，隧道破壞主要是集中在了隧道底部發(fā)生了隆起剪切破壞，隆起最大位移達(dá)121mm，隆起值較大，這是因?yàn)樗淼郎戏綖閲鷰r，重度較大，隧道開(kāi)挖造成了隧道兩側(cè)X方向應(yīng)力集中，又因?yàn)樗淼老虏繑鄬悠扑閹ЯW(xué)強(qiáng)度低，無(wú)法承受X 方向應(yīng)力，而發(fā)生了隧道底部的隆起破壞。隧道上方為較堅(jiān)硬的圍巖，因?yàn)槠淞W(xué)性質(zhì)較高，可以較好承受的X、Z方向應(yīng)力，所以在其力學(xué)強(qiáng)度范圍之內(nèi)而沒(méi)有發(fā)生塌陷問(wèn)題，相對(duì)位移較小，這一點(diǎn)也與很多工程現(xiàn)場(chǎng)的施工情況一致。

2.3 擬控制點(diǎn)位移結(jié)果分析

前文整體分析了Ⅰ區(qū)及Ⅱ區(qū)隧道開(kāi)挖過(guò)程中對(duì)隧道周?chē)鷶_動(dòng)造成的應(yīng)力和位移變化情況，為進(jìn)一步對(duì)位移數(shù)據(jù)進(jìn)行量化，在數(shù)值模擬模型計(jì)算過(guò)程中選取圖8 所示的點(diǎn)位進(jìn)行位移監(jiān)測(cè)分析。兩模型為同一數(shù)值分析模型下摘取或關(guān)注的不同點(diǎn)位的結(jié)果。

圖8 數(shù)值模擬控制點(diǎn)布置Fig.8 Layout of the numerical simulation monitoring points

共選取63 個(gè)點(diǎn)進(jìn)行開(kāi)挖位移擬監(jiān)測(cè)分析，其中33 個(gè)點(diǎn)位于模型Z ＝100m，Z ＝80m，Z ＝60m位置處，橫向上每10m一個(gè)擬控制點(diǎn)，縱向選取模型中間位置，每個(gè)高程11 個(gè)擬控制點(diǎn)。其余擬控制點(diǎn)位分別位于隧道拱頂、隧道左拱腳和隧道右拱腳三個(gè)部分，沿縱向10m 延伸，每1m一個(gè)擬控制點(diǎn)，共計(jì)30 個(gè)，最后得到每個(gè)擬控制點(diǎn)的橫向（X）位移和豎向（Z）位移。

其中Z ＝100m，Z ＝80m，Z ＝60m位置處不同點(diǎn)橫向位移和豎向位移分別如圖9 所示。

圖9 Ⅰ區(qū)不同深度位移Fig.9 Displacement diagrams of differentdepths in zone Ⅰ

從圖9 可以看出，通過(guò)對(duì)三條曲線(xiàn)的觀察，在距離X為30m ～70m時(shí)有較大的豎向位移，其中X ＝50m 時(shí)三條曲線(xiàn)都取得最大的豎向位移，Z ＝60m 豎向位移值為5.6mm，Z ＝80m 豎向位移值為2.0mm，Z ＝100m 豎向位移值為1.5mm；最大橫向位移都發(fā)生在距離X 為30m ～40m、60m ～70m 處，Z ＝60m 時(shí)分別為1.23mm 和1.72mm；Z ＝80m 時(shí)分別為0.32mm 和0.4mm；Z ＝100m 時(shí)分別為0.43mm 和0.35mm。通過(guò)觀察數(shù)值可以得到，由于隧道上方為斷層破碎帶，隧道開(kāi)挖造成隧道塌陷會(huì)對(duì)上方土體造成較大的影響，尤其越靠近隧道的位置影響越大，最大沉降豎向位移發(fā)生在Z ＝60m拱頂正上方位置，與隧道開(kāi)挖斷面的拱頂?shù)呢Q向距離為5m，位移值達(dá)5.6mm，最大橫向位移發(fā)生在Z ＝60m拱頂上方兩側(cè)，分別為1.23mm 和1.72mm。隧道上方為斷層破碎帶隧道開(kāi)挖造成的塌陷對(duì)上方土體擾動(dòng)較大，斷層破碎帶力學(xué)性質(zhì)差是造成這種情況的直接原因。

隧道拱頂、隧道左拱腳和隧道右拱腳三個(gè)部分不同點(diǎn)位橫向位移和豎向位移分別如圖10 所示。

圖10 Ⅰ區(qū)不同位置位移Fig.10 Displacement of different positions in zone Ⅰ

從圖10 可以看出，在Ⅰ區(qū)開(kāi)挖隧道，豎向位移主要發(fā)生在拱頂上方，最大位移可達(dá)18.2mm，未開(kāi)挖部分位移相對(duì)較小，而隧道底部?jī)蓚?cè)拱腳的豎向位移很小，這是由于隧道上方斷層破碎帶性質(zhì)軟弱，拱頂上方發(fā)生塌陷，而隧道底部為圍巖，質(zhì)地較為堅(jiān)硬，不易發(fā)生隆起剪切破壞，變形因此較小。在隧道周?chē)饕l(fā)生的是豎向變形（塌陷），橫向位移三個(gè)位置基本一致，受隧道擾動(dòng)相對(duì)較小，隧道開(kāi)挖部分橫向變形在0.2mm ～0.85mm左右。

從Ⅰ區(qū)的模擬結(jié)果來(lái)看，模擬結(jié)果與目前類(lèi)似施工工程實(shí)際情況基本一致，圍巖選取Drucker-Prager 本構(gòu)模型以及斷層破碎帶選取Mohr-Coumolb本構(gòu)模型符合實(shí)際工程施工情況。

針對(duì)Ⅱ區(qū)選取與Ⅰ區(qū)相同的點(diǎn)位進(jìn)行豎向位移和橫向位移擬監(jiān)測(cè)分析，同時(shí)對(duì)Ⅱ區(qū)隧道開(kāi)挖造成的相應(yīng)點(diǎn)位位移擾動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)量化分析，使結(jié)果更具有對(duì)比性。

其中Z ＝100m，Z ＝80m，Z ＝60m位置處不同橫向位移和豎向位移分別如圖11 所示。

圖11 Ⅱ區(qū)不同深度位移Fig.11 Displacement diagram of different depths in zoneⅡ

從圖11 中可以看出，由于隧道上方為較為堅(jiān)硬的圍巖，隧道開(kāi)挖并未造成隧道塌陷但隧道底部隆起剪切破壞會(huì)對(duì)上方兩側(cè)土體造成較大的影響，這一位移變化情況也與Ⅰ區(qū)位移變化相區(qū)別，上方巖土體最大沉降豎向位移發(fā)生在隧道上方兩側(cè)位置，最大位移值為2.33mm，最大橫向位移也發(fā)生在Z ＝60m拱頂上方兩側(cè)，因?yàn)閲鷰r力學(xué)性質(zhì)較高，位移較Ⅰ區(qū)小，最大橫向位移僅為0.15mm。因此Ⅱ區(qū)斷層破碎帶力學(xué)性質(zhì)差，受剪應(yīng)力影響發(fā)生隆起剪切破壞，使得隧道兩側(cè)上方巖土體發(fā)生較大沉降位移。

Ⅱ區(qū)隧道拱頂、隧道左拱腳和隧道右拱腳三個(gè)部分不同點(diǎn)位豎向位移和橫向位移分別如圖12所示。

從圖12 中可以看出，Ⅱ區(qū)隧道開(kāi)挖，隧道底部為斷層破碎帶巖土體，性質(zhì)軟弱，受應(yīng)力集中易發(fā)生隆起剪切破壞，導(dǎo)致豎向位移和橫向位移主要發(fā)生在隧道底部?jī)蓚?cè)，豎向最大位移可達(dá)68mm，橫向最大位移可達(dá)52mm，和Ⅰ區(qū)類(lèi)似，擬控制點(diǎn)位向未開(kāi)挖部分位移逐漸變小，而隧道拱頂上方由于隧道上方圍巖質(zhì)地較為堅(jiān)硬，豎向位移和橫向位移都比較小。

通過(guò)對(duì)圖4 ～圖7 所示的結(jié)果與圖9 ～圖12所示的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，整體開(kāi)挖模型能夠得到Z、X 方向應(yīng)力以及位移變形的最大值，如圖4 ～圖7 所示；擬控制點(diǎn)位移分析能夠得到不同位置、不同深度的位移值變化，如圖9 ～圖12所示。而最大位移值的不同說(shuō)明位移變形最大的地方并不在擬控制點(diǎn)上。

圖12 Ⅱ區(qū)不同位置位移Fig.12 Displacement diagram of different positions in zoneⅡ

將隧道在開(kāi)挖至圍巖-斷層破碎帶交界區(qū)域（Ⅰ區(qū)）和斷層破碎帶-圍巖交界區(qū)域（Ⅱ區(qū)）時(shí)的有關(guān)分析結(jié)果統(tǒng)計(jì)如表2 所示。

表2 數(shù)值模擬結(jié)果Tab.2 Numerical simulation results

通過(guò)統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以看出，無(wú)論在Ⅰ區(qū)開(kāi)挖還是Ⅱ區(qū)開(kāi)挖，都會(huì)遭遇到較大的形變問(wèn)題，尤其是Ⅱ區(qū)，隧道底部隆起值較大，因此在工程遭遇到類(lèi)似的場(chǎng)區(qū)施工過(guò)程中一定要注意防治類(lèi)似的塌陷和隆起剪切問(wèn)題。

3 結(jié)論

1.對(duì)Ⅰ區(qū)隧道開(kāi)挖模擬結(jié)果可以看出，由于隧道上方為斷層破碎帶，性質(zhì)軟弱，開(kāi)挖后造成隧道拱頂上方和隧道壁兩側(cè)發(fā)生應(yīng)力集中，其中拱頂又因?yàn)槠淞W(xué)強(qiáng)度低，無(wú)法承受相應(yīng)的應(yīng)力，最大位移發(fā)生在拱頂區(qū)域，易發(fā)生塌陷。

2.對(duì)Ⅱ區(qū)的隧道開(kāi)挖后分析可知，隧道周?chē)霈F(xiàn)應(yīng)力集中，主要還是出現(xiàn)在隧道拱頂上方和隧道壁兩側(cè)，這是由于隧道上方為圍巖強(qiáng)度較大，承受應(yīng)力能力較強(qiáng)，分擔(dān)了局部應(yīng)力集中，但由于下層斷層破碎帶強(qiáng)度低，受大小為2.10MPa的水平應(yīng)力很容易發(fā)生剪切破壞，造成隧道底部巖土體發(fā)生隆起破壞。

3.通過(guò)對(duì)模擬過(guò)程中63 個(gè)開(kāi)挖位移控制點(diǎn)位移的分析發(fā)現(xiàn)，無(wú)論在Ⅰ區(qū)開(kāi)挖還是Ⅱ區(qū)開(kāi)挖，都會(huì)遭遇到較大的形變問(wèn)題且均發(fā)生在斷層破碎帶的區(qū)域，尤其是Ⅱ區(qū)，隧道底部隆起值較大。因此在工程遭遇到類(lèi)似的場(chǎng)區(qū)施工過(guò)程中，一定要注意防止類(lèi)似的塌陷和隆起剪切問(wèn)題。