详情

原文传递岩溶隧道施工期防高压突水灾害厚度及成灾机制研究

论文题名：	岩溶隧道施工期防高压突水灾害厚度及成灾机制研究
关键词：	岩溶隧道;突水灾害;治理模式;地质超前预报
摘要：	在漫长地质作用下地质条件复杂，常见的不良地质体有岩溶、断层等。隧道穿越山岭地区时受复杂地质影响，经常遭遇突水等地质灾害，轻则延缓施工进度、设备受损，重则危害施工技术人员生命安全破坏生态环境。据统计，百分之七十地下工程灾害与地下水密切相关，其中突水灾害发生频率最高，因此急需寻找突水问题的解决办法。国内外专家学者对此展开了大量研究，提出了防突岩层最小安全厚度的理念并给出了具体的计算方法。　　本文通过查问文献资料和工程实例调查等方法，调查研究了国内多条施工突水隧道。运用总结分析、归纳、有限元模拟、理论分析等手段，成灾机制、破坏模式等，然后通过有限元模拟、理论计算的办法研究对比防突岩层最小安全厚度的预测方法。结合实际工程采用的综合地质超前预报方法和治理突水灾害的技术手段，对几种典型的突水灾害提出了针对性的防控措施。研究成果主要有以下几点：　　（1）研究调查了多起岩溶隧道突水事件，调查了隧道的工程水文地质条件，根据4座典型突水隧道总结概化了4种突水概化模型，顶伏式突水概化模型、侧伏式突水概化模型、底伏式突水概化模型、侧上部突水概化模型。　　（2）研究了不同概化模型下围岩的位移场规律，顶伏式概化模型拱顶最容易发生突水破坏，侧伏式概化模型边墙容易发生突水破坏。底伏式概化模型容易发生拱底隆起破坏型突水。　　（3）将顶伏式、侧伏式、底伏式防突岩层安全厚度计算转化为简化的两端固支梁模型计算；将高压溶腔位于掌子面前方的防突岩层厚度计算转化为四周固支的圆板模型计算。　　（4）交叉组合不同围岩级别与溶腔压力建立了12种工况并以此建立圆形高压溶腔的三维有限元模型，考虑应力—渗流耦合作用下，隧道施工开挖及支护条件下隧道的力学响应，研究了掌子面的位移场变化规律，计算了不同溶腔压力与围岩级别下的防突岩层安全厚度值，通过对相同围岩级别不同溶腔压力下的防突厚度值进行线性回归分析建立了相同围岩级别下防突岩层厚度的预测公式。　　（5）针对围岩水平、隧道埋深、溶腔直径、溶腔压力几个影响因子进行了防突岩层厚度的敏感性分析，研究认为围岩水平和溶腔压力对防突岩层厚度的影响最为显著。　　（6）从宏观角度和微观角度剖析了岩溶隧道高压突水灾害的成灾机制，微观角度下的破坏机制主要有三种，一是水对围岩的软化作用；二是高压溶腔水对围岩的有效应力作用；三是水流的冲刷扩径作用。宏观角度下的破坏机制主要有纯劈裂破坏和综合型破坏两种。　　（7）研究了岩溶隧道突水灾害的防治对策，从预防角度提出了突水灾害的预防对策，从突水灾害治理角度提出突水灾害的治理对策。
作者：	陈帅
专业：	建筑与土木工程
导师：	徐林生
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2022