依托地下洞室为载体的交通方式对于人均土地占用率远低于世界平均水平的我国来说,可以大量节约地面面积以做他用。因地形地貌等因素限制,一些地下工程相距较近,构成高密度地下洞室群。洞群中各洞室开挖对既有毗邻洞室的稳定性扰动较大,各洞室之间的夹层岩柱将受到洞室开挖的多次扰动,应力状态极差,易发生剪切破坏,成为洞群工程成败的控制因素。本文利用数值模拟及理论分析的方法完成了以下工作:(1)锚杆支护。从理论上分析了全长粘结式锚杆及预应力锚杆的界面剪应力及轴力分布,结合FLAC3D软件,以数值模拟的方法分析了锚杆长度、环向间距及预应力对洞室围岩的支护效果,得出如下结论:相对边墙锚杆而言,拱顶锚杆支护效果不明显。锚杆过短时,锚杆远端未锚入弹性区,不能发挥其承载能力;过长时,锚杆锚入弹性区过长,造成不必要的材料浪费。相对普通锚杆而言,预应力锚杆可有效改善洞室围岩的塑性区分布,但不能有效提高洞室的安全系数,洞室位移减小量与预加应力值成线性递增关系。预应力能增大近洞壁侧围岩的最小主应力,改善围岩的受力状态,利于洞室围岩的稳定。(2)有限元强度折减法。详细论述强度折减法原理,总结目前常用的洞室失稳破坏判据,依托双孔并行隧道,对洞室常用的三个判据即塑性区贯通、位移突变及计算不收敛的合理性进行分析,得出如下结论:在洞群安全系数求解过程中,洞群的失稳破坏往往涉及多种破坏模式,当处于次要地位的破坏模式先于主导破坏模式发生时,以塑性区贯通作为失稳破坏准则得出的安全系数与真实值误差较大;最先破坏失稳的洞室往往导致计算不收敛,以计算不收敛作为洞群失稳的判据不能得到其余洞室的安全系数。锚杆强度受锚杆自身极限抗拉强度、锚杆与砂浆的握裹力、砂浆与围岩之间的极限抗剪强度的最小值决定,在用强度折减法对有锚杆支护洞室的安全系数进行求解时,应对锚杆杆体的极限抗拉强度,锚杆与锚固体、锚固体与围岩之间的极限抗剪强度同时折减。(3)洞群施工过程分析。以FLAC3D软件模拟施工过程中各洞室开挖对围岩应力状态及既有洞室稳定性的影响,分析洞室失稳破坏模式及失稳机理,针对不同的破坏模式给予对应的支护措施,得出以下结论:上下斜并行洞室,下侧洞室的开挖,导致其拱顶围岩产生竖向沉降,当上侧洞室开挖时,上侧洞室仰拱处围岩因卸荷回弹产生竖直向上的位移,两种位移方式在洞间净距最小围岩处交汇,围岩易产生剪切破坏。洞室间夹层岩柱发生塑性破坏并贯通,洞室拱顶发生塑性破坏的围岩区贯通至地表或近距并行隧道的拱顶塑性破坏围岩区交汇贯通,导致洞群整体失稳破坏。(4)洞群支护优化。在确定锚杆长度、纵向间距及布置范围的基础上,以全局搜索法对各洞室的锚杆环向间距进行优化。在锚杆环向间距优化的基础上,以遗传算法对洞群中各洞室的二次衬砌厚度进行优化。