岩溶隧道掌子面防突厚度理论分析

发布时间：2019-07-31 18:37

【摘要】：掌子面岩墙预留厚度是高风险岩溶隧道采用释能降压法施工时的一项重要技术参数。本文基于弹性厚板理论,分析了岩溶隧道掌子面突水机制,推导了边界条件分别为固支和简支两种模式的岩溶隧道掌子面岩墙安全防突厚度及临界水压计算公式。上述计算公式的参数化分析表明,两种模式下掌子面岩墙安全防突厚度随前方岩溶水压力、岩体泊松比的增大而增大;掌子面岩体质量越差,防突厚度愈大。临界水压力随掌子面岩墙厚度增加而增加,掌子面岩体质量越差,临界水压力愈小。掌子面岩墙安全防突厚度的理论分析及算例结果表明,固支边界条件下的计算结果与施工中普遍采用的预留厚度值较为一致,该结论可为类似工程提供参考和借鉴。
【图文】：

量等级、隧道横断面尺寸、前伏溶腔水压的关系;同时，，分析了两种模式下岩体质量等级、岩墙厚度等对隧道掌子面突水的临界水压力的影响规律。研究成果对防止隧道突水突泥等富含高压充填岩溶地质灾害的发生、指导岩溶区隧道施工、提高施工效率具有重要意义。1基于弹性厚板理论的防突厚度根据厚跨比的不同，可将弹性板分为薄板和厚板。不能确定岩溶隧道掌子面前方岩墙厚度时，较好的选择是采用弹性厚板理论。本文针对较完整掌子面岩墙岩体，将隧道轮廓简化为圆形，基于弹性厚板理论建立掌子面岩墙稳定性分析力学模型如图1。在掌子面岩墙防突厚度及临界水压力分析过程中作如下假设:(1)隧道轴线的平面和靠近溶腔的掌子面前方岩墙横断面垂直，掌子面岩墙为等厚度圆形弹性厚板。(2)高压充填岩溶水压力p垂直作用于临溶腔侧岩墙上，因隧道高度有限，忽略岩溶水压力在岩墙高度上的差异，将其视为均布荷载。(3)隧道掌子面岩墙岩体为完整、连续、各向同性的介质。(4)根据掌子面岩墙岩体质量等级的不同，分别采用固支和简支两种边界条件下的弹性厚板建立力学模型进行分析。由上述假定可知，本文中所建立的力学模型满足几何和荷载轴对称条件，可按轴对称问题求解。图1掌子面岩墙稳定性分析弹性厚板力学模型Fig．1Mechanicalmodelbasedonelasticthicknessplatetheoryforstabilityanalysisofrockwallbeforetunnelface在圆柱坐标系下，取弹性厚板中一微单元体rdrdθ，如图2所示。根据z方向力的平衡条件ΣFz=0和轴向弯矩平衡条件ΣMθ=0，可得如下方程:图2掌子面岩墙微元体受力示意Fig．2Loadingsketchofrockwallelement1374地下空间与工程学报第13卷

略岩溶水压力在岩墙高度上的差异，将其视为均布荷载。(3)隧道掌子面岩墙岩体为完整、连续、各向同性的介质。(4)根据掌子面岩墙岩体质量等级的不同，分别采用固支和简支两种边界条件下的弹性厚板建立力学模型进行分析。由上述假定可知，本文中所建立的力学模型满足几何和荷载轴对称条件，可按轴对称问题求解。图1掌子面岩墙稳定性分析弹性厚板力学模型Fig．1Mechanicalmodelbasedonelasticthicknessplatetheoryforstabilityanalysisofrockwallbeforetunnelface在圆柱坐标系下，取弹性厚板中一微单元体rdrdθ，如图2所示。根据z方向力的平衡条件ΣFz=0和轴向弯矩平衡条件ΣMθ=0，可得如下方程:图2掌子面岩墙微元体受力示意Fig．2Loadingsketchofrockwallelement1374地下空间与工程学报第13卷
【作者单位】： 河南理工大学土木工程学院;中交第一公路勘察设计研究院有限公司;
【基金】：国家重点基础研究发展计划(973)项目(2013CB036003) 国家自然科学基金面上项目(51778215)
【分类号】：U455.49

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本文编号：2521504