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原文传递近水平向充泥型溶洞对隧道围岩稳定性影响及处治技术研究

论文题名：	近水平向充泥型溶洞对隧道围岩稳定性影响及处治技术研究
关键词：	隧道围岩;充泥型溶洞;稳定性;钢管混凝土桩
摘要：	在岩溶地区开展隧道工程建设，遇到塌陷、涌水、突泥、岩溶等地下地质灾害属于大概率事件，若不处理好这些地质灾害，会给隧道的施工与相关工作人员的人身安全以及后续安全运营带来一定威胁。由于勘察、设计阶段的方法技术限制，在隧道施工前很难精准发现这些地下灾害，如何有效的发现并有效处治这些地下灾害成为施工技术人员关心的重要技术问题。　　本文以连乐铁路东岳观隧道典型岩溶洞段为研究对象，在水文环境调查的基础上，研究水平向充泥型溶洞的调查和探测方法，并采用FLAC3D与ANSYS数值模拟分析软件，模拟了近水平向充泥型溶洞的尺寸大小对隧道围岩稳定性的影响以及采用不同形状的钢管混凝土桩对充泥型溶洞的处治效果。主要获得的研究成果如下: 　　(1)对于岩溶地区的隧道超前地质预报，应以水文地质背景为基础，在查清岩溶体系发育特征的基础上，采用有针对性的物探方法进行探测。在临近水平向充泥型溶洞时，应采用地质调查法、电磁波探测法和红外探水法相结合的方式进行探测。　　对于存在岩溶破碎带的溶洞，应注意隧道开挖过程中出现岩溶、掌子面夹杂充泥条带、围岩出现渗水等征兆，对于未揭露隐伏溶洞需要借助地质雷达、红外探水等方法，在相应特征中需要注意岩溶体的边界、振幅和填充物质中的衰减。由于水平向岩溶往往导致围岩地下水的改变，本文还根据渗水的GPR响应特征，推测地质体中的渗水范围，取得了良好的效果。　　(2)根据典型工程条件，利用FLAC3D软件研究隧道中10种不同尺寸充泥型溶洞开挖后对隧道围岩的影响。数值模拟显示，在一定范围内，充泥型溶洞的宽度、厚度越大，洞壁、洞底变形越大，且充泥型溶洞的宽度对隧道围岩稳定性影响相比厚度更加明显，其中，对隧道洞壁下方竖直方向位移影响的宽厚指标比达到7.64，对隧道洞壁水平位移影响的宽厚指标比达到5.42，对隧道底板中部竖直方向位移影响的宽厚指标比达到1.40;当溶洞宽度超过一定数值（2倍隧道高度）后，隧道洞壁的水平位移会与普通受力位移方向反向位移;当溶洞厚度超过一定数值（2倍洞径）后，隧道洞壁的水平位移达到最大值。　　(3)采用微积分思想，将密布的螺旋箍筋无限缩小并紧密接连布置，将螺旋箍筋钢筋混凝土桩近似等效为钢管混凝土桩。再基于螺旋钢筋混凝土桩承载力公式，推导出了正三角形钢管混凝土桩荷载计算公式，并与实际试验所得结果进行对比，结果表明采用公式计算得到的结果与实际试验结果误差为3％。　　(4)利用ANSYS软件分析了正常列车载荷下，相同周长的方形钢管混凝土桩、正三角形钢管混凝土桩、圆形钢管混凝土桩在充泥型溶洞中作为桩基础的处治效果。数值结果显示，在相同钢材消耗的条件下，不考虑施工因素，上部混凝土板的变形，圆形桩的位移最小、方形桩结构承受的应力最小、应变也最小。在桩与混凝土板连接区域出现明显的应力集中，应该注意接头部分的配筋。　　最后得出，从地基位移变化量值上来看，圆形钢管混凝土桩的位移最小。其中，方形钢管混凝土桩地基位移量比圆形钢管混凝土桩地基位移量大140％;正三角形钢管混凝土桩地基位移量比圆形钢管混凝土桩地基位移量大675％。方形钢管混凝土桩地基应变比圆形钢管混凝土桩地基应变小73.47％;正三角形钢管混凝土桩地基应变比圆形钢管混凝土桩地基应变小55.1％。方形钢管混凝土桩地基最大应力比圆形钢管混凝土桩地基最大应力小71.56％;正三角形钢管混凝土桩地基最大应力比圆形钢管混凝土桩地基最大应力小19.79％。　　方形钢管混凝土桩与正三角形钢管混凝土桩的位移分布相有规律性;方形钢管混凝土桩的应力分布相对均匀，没有应力异化;圆形钢管混凝土桩的应变分布相对均匀。在桩基与面板接头处，圆形钢管混凝土桩各项指标远小于其余两种混凝土桩。综上所述，当钢管表面积相等时，采用圆形钢管混凝土桩作为充泥型溶洞的加固桩基础最为科学合理。
作者：	朱俊霖
专业：	地质工程
导师：	巨能攀
授予学位：	硕士
授予学位单位：	成都理工大学
学位年度：	2018
正文语种：	中文