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原文传递高风险岩溶隧道地质灾害评价与施工控制技术研究——以叙大铁路岩溶隧道为例

论文题名：	高风险岩溶隧道地质灾害评价与施工控制技术研究——以叙大铁路岩溶隧道为例
关键词：	铁路岩溶隧道;竖向溶腔;灾害探明;安全厚度;施工控制
摘要：	随着我国以铁路、公路为代表的基础设施不断向西南山区推进，岩溶隧道的重大岩溶灾害已成为工程勘察、设计和施工重点关注的关键技术问题。在大量工程实践和研究工作中，国内外学者已基本建立一套关于超前识别岩溶灾害的技术和方法体系。但在实际的工程应用中，对大规模充填型溶洞的识别还尚未有针对性的方法体系。本文以川南叙大铁路的高风险岩溶隧道为研究对象，在分析岩溶发育宏观背景的基础上，重点研究了竖向充填型溶洞的超前识别和探测方法，分析了岩溶突水、突泥后可能产生的工程效应，并探讨了防治这类岩溶灾害产生的控制措施。在研究工作中取得的研究成果如下: 　　(1)在大量区域水文地质调查的基础上，查明了线路区岩溶发育的控制性因素，建立了以可溶岩分布范围、岩溶历史及地下水特征为关键指标的水文单元划分标准。利用该标准将全线划分为三级水文地质单元，其中岩溶发育最为明显的是Ⅰ-1-2大官水单元，Ⅰ-1-3大寨水单元和Ⅱ-1-3水落河水单元。统计表明大型岩溶都发育在P茅口组和T嘉陵江组中。　　(2)以隧址区的水文地质宏观特性为基础，结合隧道区地表岩溶特征和开挖揭露岩溶特征，建立了岩溶隧道岩溶风险的五级分级指标体系。利用该体系对全线路的主要岩溶隧道进行了危险性等级预测与评价，仙人洞隧道和中坝隧道是该路线的高风险岩溶隧道。　　(3)对重点隧道开展岩溶灾害发育规律的研究，对“长(TSP)短(GPR)结合”物探方法在探测竖向充泥溶洞的适应性进行了研究，并通过预测与实测多项对比，得到了:TSP探测距离长，可判别宏观风险，但低速带解译中不容辨识是破碎岩体还是夹泥充填物;GPR探测距虽短，但是首个反射界面明显，精度较高。　　(4)采用反演解译和开挖验证等方法，对不同规模、形状、填充物质的竖向充泥溶洞进行了研究，提出了采用“两正一负”的反射波特征确定溶洞顶部边界，采用侧壁多次波干扰和曲率半径定性判断溶洞规模的方法;还提出了利用主频波峰特征来判断填充物类型的方法。　　利用正演分析方法，对溶洞壁覆泥的反射波响应特征进行了研究，得到了以下成果: 　　①不存在覆泥层的空溶洞顶界面位置由正反射对应两个负反射，溶洞顶界面位置为较强正反射界面;存在覆泥层的空溶洞顶界面由负反射对应两个正反射，溶洞顶界面位置为强负反射界面。　　②不存在覆泥层的空溶洞顶界面反射较强，频带较窄，频率相对较高，溶洞内部振幅低，能量低;存在覆泥层的空溶洞顶界面反射增强，频带宽，频率相对较低，溶洞内部反射振幅值增高，能量增强。　　(5)利用上述成果，探明了岩溶风险等级较高的仙人洞隧道，中坝隧道存在的竖向溶洞、暗河等岩溶灾害，特别是竖向充泥溶洞灾害7处，特大型突水点1个，仙人洞隧道潜在大规模突泥灾害1个。通过计算分析要保证仙人洞特大突泥点的安全，必须保证其围岩安全厚度在3.5m以上，并结合地质条件，提出采用套拱，大管棚和注浆小导管对大型充泥溶腔进行联合支护方案，并采用数值模拟方法分析了支护效果。　　(6)通过对隐伏溶洞隧道进行分析，根据梁板抗弯、抗剪估算理论，结合仙人洞隧道的实际营运载荷，采用FLAC对不同衬砌厚度、溶洞形态、位置关系的安全距离进行了分析，在处于理论计算临界范围附近时，隧道衬砌厚度的增加对于底板稳定性改善有非常明显的效果。在较浅的位置衬砌厚度的增加时，由于自身重量增加，可能对底板稳定性起到一定负面影响，并对底板进行了稳健度分析。
作者：	卢平
专业：	岩土工程
导师：	黄润秋
授予学位：	博士
授予学位单位：	成都理工大学
学位年度：	2014
正文语种：	中文