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隧道建设(中英文) ›› 2026, Vol. 46 ›› Issue (S1): 443-455.DOI: 10.3973/j.issn.2096-4498.2026.S1.039
刘青正1, 2, 3, 杨延栋1, 2, 卢高明1, 2, 颜仁富1, 4, 张永明5, 朱晓亮1, 4, 李恩雷1, 4, 刘文帅3, *, 王军利3, 刘强3, 姚小敏3, 翟超杰3
LIU Qingzheng1, 2, 3, YANG Yandong1, 2, LU Gaoming1, 2, YAN Renfu1, 4, ZHANG Yongming5, ZHU Xiaoliang1, 4, LI Enlei1, 4, LIU Wenshuai3, *, WANG Junli3, LIU Qiang3, YAO Xiaomin3, ZHAI Chaojie3
摘要: 为解决深埋软岩TBM隧道围岩大变形导致TBM被困、支护破坏以及隧道侵限的问题,以滇中引水工程香炉山隧洞7#支洞上游主洞为背景,系统量化分析管棚直径、长度、环向间距及布置范围对拱顶沉降与管棚最大轴向应力的非线性影响规律,并构建多目标优化模型以实现拱顶沉降与管棚应力最小化的双重目标; 通过中心复合试验构建样本空间,对超前管棚支护的管棚直径、管棚长度、环向间距和布置范围4个支护参数进行设计,构建25组样本点; 利用有限差分法进行拱顶沉降和管棚最大轴向应力数值模拟,构建管棚支护参数与拱顶沉降、管棚最大轴向应力的响应面模型,其中,拱顶沉降在距掌子面不同距离处呈现不同的非线性变化关系,管棚直径和环向间距对拱顶沉降的影响较小。在近掌子面区域(0~2 m),拱顶沉降随管棚长度的增加先增大后减小,随布置范围的增加先减小后增大; 在远掌子面区域(8~10 m),拱顶沉降随管棚长度的增加先减小后增大,随布置范围的增加先增大后减小。以拱顶沉降和轴向应力最小化为优化目标,采用多目标遗传算法进行支护参数优化,得到最优支护参数为: 管棚直径180 mm、管棚长度24 m、环向间距30 cm、布置范围180°。与原支护方案相比,拱顶沉降降低了19.37%,管棚最大轴向应力降低了66.97%。采用现场监测数据对响应面模型进行验证,拱顶沉降的数值模拟相对误差小于8.75%,响应面模型相对误差小于2.95%,表明响应面模型具有较高的精度和良好的通用性。