· 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)施工遇到溶洞時安全距離的確定問題,通過彈性力學(xué)的相關(guān)理論對隧道與溶洞
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)則對隧
道圍巖穩(wěn)定性進(jìn)行判斷,并將梁結(jié)構(gòu)簡化為固支梁力學(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
的安全距離計算模型;以新建昆渝高鐵樂業(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)值計算模型,以數(shù)值模擬的方法驗證了隧道與溶洞安全距離計算模型的工程適用性。結(jié)果表明:隧道與溶洞施工安全
距離計算模型具有良好的工程適用性,與數(shù)值模擬的計算結(jié)果擬合效果良好,且經(jīng)過?.??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,圍巖穩(wěn)定且塑性區(qū)尚未貫通;當(dāng)突變特征值△≤?且
b>?時,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。
隨著國家高速鐵路網(wǎng)建設(shè)規(guī)劃的順利開展,我國高速鐵路建設(shè)的步伐也在逐漸加快。由于高速鐵路在修建過程中
對施工環(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,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,對工程危害極大。因此,巖溶區(qū)隧道的安全施工是一個急需解決的世界性難題,如果不能
有效預(yù)測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,也會造成隧道周邊巖土體地表環(huán)境惡化,
因此有必要開展施工過程中的隧道與溶洞之間安全距離的相關(guān)研究。
截至目前,國內(nèi)外專家學(xué)者已對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)值模擬和試驗分析為主,而針對隧道與溶洞施工安全距離的理論研究成果仍相對較少,且已有的理論計算模型之
間缺乏系統(tǒng)性的相互聯(lián)系,因此有必要開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
距離計算模型。
基于此,筆者將隧道與溶洞間的巖層系統(tǒng)簡化為梁、板結(jié)構(gòu),并利用尖點突變理論基本原理建立隧道與溶洞施工安
全距離計算模型,給出了溶洞位于隧道上部時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業(yè)隧道
工程,驗證該計算模型的適用性,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。