论文部分内容阅读
陆家寨隧道位于贵州省福泉市瓮安县平定营镇及银盏乡境内,中心里程DK52+665,全长4430m,最大埋深约125m,据现场地质调查资料,于线路DK50+790至DK50+816.9处发育推测暗河通道,线路横穿暗河通道,隧道标高位于暗河标高范围内,推测隧道位于暗河通道水平循环带或季节变动带,隧道施工存在一定的安全隐患。隧道穿越大型溶腔是隧道开挖从一种应力场进入大型溶腔影响范围内的应力场的过程,而岩溶地区特有的大型溶蚀性空腔在地下有着特殊的应力场分布形式,溶腔周围应力场、塑性区、应力集中区分布均会有较大的差异,再加上工程地质与水文地质的复杂多变,探明溶蚀性空腔周围受力形式显得格外困难。本文主要以围岩本身为研究对象,利用弹塑性力学相关理论和数值模拟的方法,对溶腔围岩的受力形式、隧道开挖接近大型溶腔的围岩力学响应,以此为基础,给出溶腔对周围岩体的影响范围,指导施工。主要研究内容和结论如下:（1）在一定的岩体参数范围内利用已有的等应力比下深埋球形洞室弹塑性解答对深埋球形洞室的受力特性、塑性区分布进行分析,利用FLAC3D对深埋球形洞室在不等应力比下的受力特性、塑性区分布进行分析,拟合了塑性区长轴与弹塑性解析解的关系,从而得出了一定参数条件下,深埋球形洞室在不等应力比下的椭球塑性区长轴的估算改进公式。同时,还根据洞室的受力特征,提出了方形洞室的最小截面包围圆的塑性区长轴近似计算办法。（2）利用FLAC3D建立了隧道穿越大型溶腔的三维数值模型,围岩的变形特性进行了深入研究,总结了隧道接近大型溶腔时围岩空效应曲线的变化规律。结合隧道与溶腔的周围应力场及塑性区的分布,确定了隧道纵向开挖断面引起塑性区与溶腔的塑性相接处,是产生较大变形的位置。隧道开挖通过溶腔应力集中区后,进入应力松弛内部区域,围岩的变形将逐步减小,周围应力集中区向外侧偏移。（3）以新奥法开挖理论为基础,结合溶腔影响范围内隧道开挖经过的地应力区域的变化,对隧道穿越大型溶腔地区结构进行适应性的优化,对施工过程中维护岩体的稳定提出了掌子面预加固的方法,结合数值模拟对这些补强措施的效果进行了分析,揭示了其作用机理。（4）对近年来隧道遭遇的大型溶腔进行了搜集和归纳,结合岩溶发育机理和特点,阐述了穿越结构的选型影响因素。利用本文的研究成果,对隧道穿越大型岩溶的典型工程进行深入分析,确定了溶腔影响的范围、影响的方式和处理方法。