隧道穿越大型溶洞的結(jié)構(gòu)選型與優(yōu)化技術(shù)研究.pdf

1、陸家寨隧道位于貴州省福泉市甕安縣平定營鎮(zhèn)及銀盞鄉(xiāng)境內(nèi)，中心里程DK52+665，全長4430m，最大埋深約125m，據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)調(diào)查資料，于線路DK50+790至DK50+816.9處發(fā)育推測暗河通道，線路橫穿暗河通道，隧道標(biāo)高位于暗河標(biāo)高范圍內(nèi)，推測隧道位于暗河通道水平循環(huán)帶或季節(jié)變動(dòng)帶，隧道施工存在一定的安全隱患。隧道穿越大型溶腔是隧道開挖從一種應(yīng)力場進(jìn)入大型溶腔影響范圍內(nèi)的應(yīng)力場的過程，而巖溶地區(qū)特有的大型溶蝕性空腔在地下有著特殊的

2、應(yīng)力場分布形式，溶腔周圍應(yīng)力場、塑性區(qū)、應(yīng)力集中區(qū)分布均會(huì)有較大的差異，再加上工程地質(zhì)與水文地質(zhì)的復(fù)雜多變，探明溶蝕性空腔周圍受力形式顯得格外困難。
　　本文主要以圍巖本身為研究對象，利用彈塑性力學(xué)相關(guān)理論和數(shù)值模擬的方法，對溶腔圍巖的受力形式、隧道開挖接近大型溶腔的圍巖力學(xué)響應(yīng)，以此為基礎(chǔ)，給出溶腔對周圍巖體的影響范圍，指導(dǎo)施工。主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下:
　　(1)在一定的巖體參數(shù)范圍內(nèi)利用已有的等應(yīng)力比下深埋球形洞室彈塑

3、性解答對深埋球形洞室的受力特性、塑性區(qū)分布進(jìn)行分析，利用FLAC3D對深埋球形洞室在不等應(yīng)力比下的受力特性、塑性區(qū)分布進(jìn)行分析，擬合了塑性區(qū)長軸與彈塑性解析解的關(guān)系，從而得出了一定參數(shù)條件下，深埋球形洞室在不等應(yīng)力比下的橢球塑性區(qū)長軸的估算改進(jìn)公式。同時(shí)，還根據(jù)洞室的受力特征，提出了方形洞室的最小截面包圍圓的塑性區(qū)長軸近似計(jì)算辦法。
　　(2)利用FLAC3D建立了隧道穿越大型溶腔的三維數(shù)值模型，圍巖的變形特性進(jìn)行了深入研究，總結(jié)

4、了隧道接近大型溶腔時(shí)圍巖空效應(yīng)曲線的變化規(guī)律。結(jié)合隧道與溶腔的周圍應(yīng)力場及塑性區(qū)的分布，確定了隧道縱向開挖斷面引起塑性區(qū)與溶腔的塑性相接處，是產(chǎn)生較大變形的位置。隧道開挖通過溶腔應(yīng)力集中區(qū)后，進(jìn)入應(yīng)力松弛內(nèi)部區(qū)域，圍巖的變形將逐步減小，周圍應(yīng)力集中區(qū)向外側(cè)偏移。
　　(3)以新奧法開挖理論為基礎(chǔ)，結(jié)合溶腔影響范圍內(nèi)隧道開挖經(jīng)過的地應(yīng)力區(qū)域的變化，對隧道穿越大型溶腔地區(qū)結(jié)構(gòu)進(jìn)行適應(yīng)性的優(yōu)化，對施工過程中維護(hù)巖體的穩(wěn)定提出了掌子面預(yù)加