· 75 · 隧道與溶洞施工安全距離分析研究
中鐵十八局渝昆高鐵云貴段站前五標(biāo) 張晉龍
摘 要:為有效解決隧道穿越巖溶區(qū)施工遇到溶洞時(shí)安全距離的確定問(wèn)題,通過(guò)彈性力學(xué)的相關(guān)理論對(duì)隧道與溶洞
之間的安全距離進(jìn)行了研究。利用突變理論確定了巖梁系統(tǒng)發(fā)生突變的必要條件,并根據(jù)突變特征值和判別準(zhǔn)則對(duì)隧
道圍巖穩(wěn)定性進(jìn)行判斷,并將梁結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化為固支梁力學(xué)模型,在突變理論的指導(dǎo)下求解并建立了溶洞位于隧道上方時(shí)
的安全距離計(jì)算模型;以新建昆渝高鐵樂(lè)業(yè)隧道工程的參數(shù)為例,利用ABAQUS軟件構(gòu)建隧道與溶洞施工安全距離的
數(shù)值計(jì)算模型,以數(shù)值模擬的方法驗(yàn)證了隧道與溶洞安全距離計(jì)算模型的工程適用性。結(jié)果表明:隧道與溶洞施工安全
距離計(jì)算模型具有良好的工程適用性,與數(shù)值模擬的計(jì)算結(jié)果擬合效果良好,且經(jīng)過(guò)?.??m巖層厚度折減后,得出所依
托工程的溶洞安全距離區(qū)間為?.??~?.??m;當(dāng)突變特征值△>?時(shí),圍巖穩(wěn)定且塑性區(qū)尚未貫通;當(dāng)突變特征值△≤?且
b>?時(shí),圍巖失穩(wěn),但塑性區(qū)已貫通,因此可根據(jù)塑性區(qū)的貫通情況判斷隧道圍巖的臨界失穩(wěn)狀態(tài);溶洞跨度、高跨比、
圍巖參數(shù)是影響安全距離的主要因素,且隧道與溶洞間安全距離隨溶洞跨度的增加而增加,隨高跨比的增加而減少,隨
圍巖水平的增加而增加。該研究結(jié)果可為類似工程建設(shè)提供理論指導(dǎo)與參考。
隨著國(guó)家高速鐵路網(wǎng)建設(shè)規(guī)劃的順利開(kāi)展,我國(guó)高速鐵路建設(shè)的步伐也在逐漸加快。由于高速鐵路在修建過(guò)程中
對(duì)施工環(huán)境和建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)要求普遍較高,當(dāng)高速鐵路線路需要穿越巖溶地區(qū)施工時(shí),經(jīng)常受到不同方位溶洞及其溶腔內(nèi)
填充物和突水突泥等的影響,對(duì)工程危害極大。因此,巖溶區(qū)隧道的安全施工是一個(gè)急需解決的世界性難題,如果不能
有效預(yù)測(cè)出隧道與溶洞間的安全距離,將影響隧道施工的安全和結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定,也會(huì)造成隧道周邊巖土體地表環(huán)境惡化,
因此有必要開(kāi)展施工過(guò)程中的隧道與溶洞之間安全距離的相關(guān)研究。
截至目前,國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者已對(duì)隧道與溶洞施工安全距離進(jìn)行了一定程度的探討。但是縱觀這些研究方法,主要是
以數(shù)值模擬和試驗(yàn)分析為主,而針對(duì)隧道與溶洞施工安全距離的理論研究成果仍相對(duì)較少,且已有的理論計(jì)算模型之
間缺乏系統(tǒng)性的相互聯(lián)系,因此有必要開(kāi)展隧道與溶洞施工安全距離的系統(tǒng)性理論研究,建立巖溶區(qū)隧道與溶洞安全
距離計(jì)算模型。
基于此,筆者將隧道與溶洞間的巖層系統(tǒng)簡(jiǎn)化為梁、板結(jié)構(gòu),并利用尖點(diǎn)突變理論基本原理建立隧道與溶洞施工安
全距離計(jì)算模型,給出了溶洞位于隧道上部時(shí)其與隧道間的安全距離范圍,并依托新建重慶至昆明高速鐵路樂(lè)業(yè)隧道
工程,驗(yàn)證該計(jì)算模型的適用性,以便為隧道穿越巖溶區(qū)的安全施工建設(shè)提供可靠的理論指導(dǎo)與參考。