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原文传递山岭隧道施工期突水发生条件与致灾模式研究

论文题名：	山岭隧道施工期突水发生条件与致灾模式研究
关键词：	山岭隧道;施工期;突水发生条件;致灾模式
摘要：	山岭隧道是现代交通建设中重要的工程项目。由于山区地质情况复杂，岩溶发育，地下水富集；在隧道建设过程中，地下水和地表水容易进入隧道，进而引发突水、突泥、崩塌等，形成突水致灾，给施工和使用带来极大困难，甚至危及人员的生命安全。因此，对山岭隧道的突水致灾进行研究是非常必要的。　　本文通过收集整理典型的隧道突水工程案例，总结分析得出隧道突水发生条件，并结合防突层结构分类，将突水致灾模式分为两类，选取典型工程案例进行理论分析，运用软件模拟分析突水致灾过程，并分析不同因素对突水致灾的影响。研究成果主要有：　　（1）收集和整理22座隧道突水典型工程案例，总结出隧道突水发生条件：地质条件、水文地质条件、施工条件。总结得出防突层两类岩体结构：岩体结构完整的隔水岩体、填充物组成的充填结构，以其为依据，将突水致灾模式分为两类：①岩体渐进破坏型突水致灾模式，发生条件是受隧道开挖影响，隔水岩体逐渐弱化。对其典型案例进行理论分析，得出影响因素：隔水岩体厚度、弹性模量、水压力。②渗透失稳型突水致灾模式，发生条件是受地下水的影响，特点是突水发生时间滞后。对其典型案例进行理论分析，得出影响因素：填充介质上含水层水体压力、充填结构阻水的有效体积、隧道的支护力。　　（2）针对岩体渐进破坏型突水致灾，采用 COMSOL 数值模拟软件，建立相应的分步开挖模型模拟分析突水致灾，在普通围岩区域，开挖引起渗流与位移变化很小。开挖进入隔水岩体，围岩的渗流与位移均逐渐增大，开挖揭穿富水断层带时，掌子面应力集中在拱顶处，围岩塑性区增大并深入隧道拱顶处，突水致灾风险增加。分析不同因素的影响，围岩级别增大，断层带水压力增大，隔水岩体发生破坏突水风险增加。　　（3）针对渗透失稳型突水致灾，分为隧道开挖扰动阶段与水力渗透失稳阶段。开挖扰动阶段，隧道开挖引起断层带的孔隙率与渗透率增大。采用COMSOL软件的理查兹方程模拟分析含水层的地下水渗透断层带的过程，时间从0d至50d，整个断层带从不饱和状态渗透到饱和状态，拱圈附近渗流速度与涌水量增加约25倍，拱顶附近水压随时间增大。在断层带上方含水层水压越大，断层带宽度越大情况下，地下水渗透充填介质的时间会越快。　　（4）针对隧道支护力对不同突水的影响，采用ANSYS软件荷载结构法建立模型，模拟全断面水压力增加分析衬砌结构内力变化，无水压时拱肩处出现最大正弯矩，水压力增加，衬砌结构受力变形增大，水压力增加至1MPa时，最大正弯矩出现在拱脚。围岩级别变差，衬砌结构受力变形增大。渗透失稳不同位置的突水，引起衬砌结构向内变形。衬砌结构厚度增加能有效抵抗地下水水压力的影响。
作者：	何鑫鑫
专业：	土木工程;结构工程
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：	2023