岩溶区新杉树陀隧道爆破开挖对围岩的影响研究

发布时间：2020-08-07 15:48

【摘要】：隧道施工过程中常遇到的岩溶问题是世界性难题,我国国土面积有近1/3属于可溶岩,如此大面积的可溶性岩分部为我国的交通事业发展提出了严峻的挑战。山岭隧道在掘进过程中多采用爆破开挖,对围岩的扰动及溶洞的客观性会加剧隧道内突水、突泥等现象的发生,所带来的安全隐患已严重威胁到岩溶区隧道施工人员的生命安全。本文结合重庆市彭水县新杉树陀隧道钻爆开挖通过岩溶区的工程实例,通过现场监测及Midas/GTS NX软件与爆破破岩相关理论,对产生应力波的传播规律和爆源到溶洞间围岩的振动响应特征进行了研究与分析,探讨了椭球体溶洞分别处于隧道上部、侧部、下部,及椭球体溶洞长轴分别平行于隧道轴线(Y轴)、X轴、Z轴时围岩的应力场、位移场及振速的变化规律,从而寻求溶洞与隧道的安全距离。研究内容及成果主要有:(1)在爆破破岩及应力波相关理论基础上计算出炮孔炸药的衰减函数与粉碎区和破裂区半径。分析后得到岩溶区溶洞围岩迎爆侧的安全振速为10cm/s。(2)数值模拟中通过采用了优化后的无炮孔模型,计算得到了掏槽孔处的等效荷载峰值。将有限元软件与现场监测得到的数据进行对比,各方向振速峰值均小于1cm/s,可以看出数值模拟较为可靠。(3)对不同工况下的椭球体溶洞进行静力与动力响应分析,认为相同情况下隧道上、下侧竖向溶洞对围岩扰动最小,且相同位置纵向溶洞对围岩扰动最大,其中隧道下部纵向溶洞对应力波的作用最为敏感,因此实际工程中对与隧道走向相同的下部溶洞应引起足够重视。(4)通过数值模拟得到了爆破开挖进尺为2.4m的情况下相应工况的溶洞与爆源的安全距离约为15m;采用理论方法计算了开挖进尺2.4m时所对应的安全距离约为16.5m;得到并比较了两种计算方法下的Q-R曲线。
【学位授予单位】：重庆交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U455.4
【图文】：

隧道工程,岩溶,溶洞

危害归纳如下，包括岩溶水、溶洞及溶洞填充物[2]，如图1-1。图 1-1 岩溶对隧道工程的危害现举例说明岩溶区隧道施工的各方面影响。①大瑶山隧道位于京广铁路衡（阳）广（州）复线，地勘显示其节理裂隙、层间错动发育，地表岩溶亦很发育，在其平导及正洞的施工过程中遇到了十来处充水或充填饱和沙黏土的溶洞，使得大量的岩溶水涌入隧道（如图 1-2），由于其泥沙含量较大使得清水泵不能正常使用，造成竖井被淹。由于涌水量大且在施工过程中不间断的抽排地下水，使得地表出

涌水,施工过程

重庆交通大学硕士学位论文近百处塌陷，并造成了农田及居民生活用水的枯竭。②重庆歌乐山地属，岩溶裂隙发育，地陷情况时有发生，究其原因无非有三：其一是因为部分下的溶洞溶蚀发育造成应力重分布；其二是因为溶洞内的地下水由因流失后，形成的压力差使得底面塌陷；其三是由于地下矿产填埋不实。见图 1-3。从以上两个事例可见，岩溶区的存在不仅危及隧道内施工人安全，严重影响隧道的施工进度，在隧道开挖过程所产生的扰动下，甚其周边的自然环境起到不可逆转的灾难性破坏，因此我们不得不对岩溶挖所产生的问题引起足够的重视。

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歌乐山地表塌陷形成大坑

【参考文献】