隧道壁后空洞对隧道管片及围岩影响规律的研究在国内外已有不少研究成果,但是研究通常集中在公路、山岭等深埋隧道背后空洞对管片的影响,对于软岩浅埋隧道以及空洞对隧道长期运营阶段的影响研究比较少。软岩具有很强的流变性,包括蠕变、应变速率相关性及应力松弛,对于隧道长期运营会产生持久的影响。为了研究软岩隧道在空洞存在情况下管片的长期受力变形特性,本文采用有限元数值模拟的方法,研究管片壁后空洞在不同空洞位置,不同空洞大小,地下水作用,不同静止土压力,不同空洞处理措施等条件下,对管片内力和变形的影响规律,得出了以下主要研究结论:(1)壁后空洞对围岩应力应变的影响就在空洞周围很小的区域内。另外,空洞对隧道管片的轴力影响很小,而且影响仅限于空洞出现后的一段时间,但空洞对隧道管片弯矩存在较大而且长期的影响,是管片弯矩达到屈服以及裂缝形成的主要原因。(2)空洞的存在会使得空洞附近围岩发生较大的剪应力,从而引起软岩剪胀及长期蠕变,导致管片内力重分布,不利于隧道结构受力稳定。对于浅埋隧道不同位置的空洞,隧道拱腰空洞的影响最大,管片负弯矩(外侧受拉)峰值出现在空洞中间;其次为拱肩位置空洞,会造成拱顶管片达到正弯矩(管片内侧受拉)峰值;影响最小的是拱顶空洞,不会造成某一点管片弯矩增长达到屈服。(3)对于拱顶不同大小的空洞,当空洞较小时,隧道管片均呈现向隧道内变形的趋势。随着空洞逐渐增大,空洞范围管片砌正弯矩(管片内侧受拉)越来越小,逐渐转变为向空洞侧变形,管片外侧受拉。对于拱腰不同大小的空洞,随空洞逐渐增大,空洞范围内管片弯矩绝对值越来越大。(4)水土耦合情况下,超孔压的消散等效地增加了隧道周围岩体的围压,使得隧道管片承受更大的内力。采用水土耦合算法能较好地模拟超孔压在软岩中的发生和过程,适合用于模拟隧道在富水软岩地层中施工及运营过程中的受力及变形情况。(5)空洞会破坏隧道原本平衡的受力状态。为了重新达到稳定,空洞和管片夹角位置会产生明显的应力集中,这种不利的受力模式会加剧管片弯矩的增长,使空洞处的管片提前达到屈服弯矩。及时的空洞回填有助于减少空洞周围的应力集中,改善隧道的受力模式,另外,从出现空洞到回填空洞之间的时间越短,回填的效果就越明显。