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岩溶区隧道与前方有压溶洞安全距离预测研究
| 论文题名： | 岩溶区隧道与前方有压溶洞安全距离预测研究 |
| 关键词： | 岩溶隧道;突水灾害;有压溶洞;安全距离;预测模型 |
| 摘要： | 我国是世界上岩溶分布最广的国家，仅黔、桂、滇三省，岩溶分布即占三省总面积的一半左右。随着基础设施建设重心逐步向岩溶发育较为广泛的西部地区倾斜，岩溶地区的隧道建设成为西部交通发展面临的巨大挑战。当隧道周围有隐伏溶洞存在时，如何合理确定两者间安全距离是个相当棘手技术难题，它不仅关系到隧道能否顺利施工，还将影响后期的安全运营和隧道工程造价。因此本文针对岩溶区在建隧道突水灾害发生机理及溶洞与隧道间的安全距离预测展开系统研究，主要工作和结论如下: (1)首先基于大量岩溶隧道突水实例的搜集分析，结合岩溶区相关知识，提出隧道突水是灾害源积蓄能量、突水能量释放条件达成（包括突水通道形成和防突层失稳）和隧道施工扰动共同作用的结果，地质因素和水文因素是突水灾害爆破的必要前提和基础条件，而施工扰动则是突水灾害爆发的直接诱因。进而从突水能量的释放条件出发，保留合理的防突层厚度是防止突水灾害发生的关键。 (2)从隧道与溶洞结构稳定性角度出发，基于岩层破坏机理讨论了溶洞存在时隧道开挖引起的围岩应力变化。进而提出岩溶隧道安全距离的判断依据，即溶洞塑性区与隧道开挖塑性区贯通时，该临界状态所对应的两者最短距离为安全距离。 (3)建立了正前方存在有压溶洞影响下岩溶区隧道开挖的三维有限元数值模型。掌子面前方发育含水溶洞时，水压作用下掌子面最大位移变形量往往集中于防突层中心部位，随着隧道掌子面接近溶洞，位移变形逐渐增大至发生突变失稳;塑性区主要分布在隧道掌子面的衬砌周边围岩并向前方发展，隧道墙脚处塑性变形较大，主要发生剪切破坏。隧道与溶洞间防突层塑性区贯通时其轴向位移也发生突变，说明两种方法作为隧道失稳判据具有较好的一致性及可靠性。随着围岩质量降低、隧道埋深减小、溶洞直径和水压增大，防突层围岩轴向位移更大，塑性区域更早出现贯通，安全距离明显增大，说明这四个因素对安全距离的影响很大。 (4)设计并建立了岩溶隧道安全距离与各个影响因素关系的预测模型。为进一步了解岩溶隧道安全距离与各影响因素间的具体关系，筛选出围岩等级、隧道埋深、溶洞直径、溶洞水压四个重要因素，采用正交设计法设计了关于岩溶隧道安全距离的16组数值模拟试验，并用多元线性回归的方法得到各因素讨论范围内安全距离预测模型。结合南宁地铁二号线一处工程实例验证了数值模拟和预测模型的有效性，为岩溶区隧道设计和施工提供理论依据。 |
| 作者： | 涂仙杰 |
| 专业： | 工程硕士（建筑与土木工程） |
| 导师： | 江杰;莫东 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 广西大学 |
| 学位年度： | 2018 |
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