巖溶隧道圍巖穩(wěn)定性研究

韋偉

【摘 要】 隧道圍巖的穩(wěn)定性對于高速公路的建設(shè)和運營具有重要的影響。本文先對巖溶隧道圍巖穩(wěn)定性理論研究現(xiàn)狀作了介紹，接著對巖溶隧道圍巖穩(wěn)定性分析方法的研究進(jìn)行了闡述，并對當(dāng)前該領(lǐng)域?qū)λ淼赖慕ㄔO(shè)產(chǎn)生的影響進(jìn)行了介紹，最后在此基礎(chǔ)上分析了巖溶隧道圍巖穩(wěn)定性研究的主要發(fā)展趨勢和存在的一些問題以及解決方法，為今后的研究提供參考。

【關(guān)鍵詞】 巖溶 隧道 圍巖穩(wěn)定性

1.引言

隨著我國交通事業(yè)的需要，山嶺隧道的建設(shè)越來越多，高速公路和鐵路在山區(qū)進(jìn)行建設(shè)的過程中需要開挖隧道，而巖溶區(qū)的隧道占隧道建設(shè)中的大多數(shù)，嚴(yán)重影響到了我國隧道建設(shè)的質(zhì)量和安全性，加強(qiáng)對巖溶區(qū)隧道圍巖穩(wěn)定性研究具有重要的意義。

2.巖溶隧道圍巖穩(wěn)定性理論研究現(xiàn)狀

隧道及地下工程圍巖穩(wěn)定性問題一直是巖土領(lǐng)域中的一個焦點。在當(dāng)今社會中，只有少數(shù)部分人對巖溶隧道進(jìn)行了探討和研究，這是我國隧道研究方面的一個缺陷。因此應(yīng)用于巖溶隧道的理論并無獨特性，20世紀(jì)50年代有人研究得出了圍巖的彈塑性應(yīng)力圖形[1]，如國外的研究者Kawamoto將損傷力學(xué)應(yīng)用于接力巖體力學(xué)分析中。

3.巖溶隧道圍巖穩(wěn)定性分析方法研究現(xiàn)狀

3.1數(shù)值模擬分析法

（1）有限元法。有限元是發(fā)展較早的巖體數(shù)值分析方法。此方法具有實用性強(qiáng)、非線性、復(fù)雜邊界問題方便等優(yōu)點[2]，在各個工程領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用.

（2）離散元法。離散元法在國內(nèi)外得到廣發(fā)的應(yīng)用。例如，王泳嘉教授等一些工作者也做了大量的研究，對地下硐室圍巖的變形與破壞進(jìn)行了研究并開發(fā)了應(yīng)用軟件。

（3）FLAC。這種方法克服了離散元法的缺陷，吸取了有限元法適用于各種材料模型及邊界條件的非規(guī)則區(qū)域連續(xù)問題解的優(yōu)點。

3.2工程地質(zhì)判別法。工程地質(zhì)判別法主要有Stini 法、Franklin 法、RMR法和Q法以及RMI法。

3.3解析法。解析法是經(jīng)常采用復(fù)變函數(shù)法進(jìn)行圍巖應(yīng)力與變形計算[3]，多用于圓形隧道的求解。目前解析法多用于深埋地下工程，而對于淺埋隧道圍巖分析還存在一定的困難。國內(nèi)已經(jīng)有很多專家用此方法成功的對圍巖應(yīng)力進(jìn)行了計算并提出了一些新的求解方法。

3.4物理模型實驗法。荷蘭S.cbandis在模擬高地應(yīng)力條件下的圓形硐室開挖的模擬實驗后，認(rèn)為即使在超高應(yīng)力條件下，圍巖的各向異性性質(zhì)還是很明顯，其二次應(yīng)力和變形都由巖體構(gòu)造控制的。

4.溶洞對巖溶隧道圍巖穩(wěn)定性影響的研究現(xiàn)狀

在FLAC計算中，每個單元都處于不同的狀態(tài)（陳育民，2009[4]），拱頂和拱底是塑性區(qū)分布的集中區(qū)，最容易發(fā)生破壞。由于隧道處于地表以下，表層的巖土比較厚，通常情況下只對拱肩、拱腳、拱腰、拱底進(jìn)行研究?？梢姰?dāng)溶洞位于拱肩時塑性區(qū)的貫通范圍最大，位于拱腰時最小，位于拱腳和拱底的時候范圍則相同。鄒成杰、莫陽春、周曉軍等[5-10]做了深入的比較分析認(rèn)為在施工中揭露出來的溶洞的穩(wěn)定性比隱伏溶洞易分析，隱伏溶洞引起的隧道災(zāi)害具有一定的隱蔽性，危害性比揭露溶洞要大一些。

5.巖溶隧道圍巖穩(wěn)定性研究發(fā)展趨勢和存在的問題以及解決方法

當(dāng)前這方面還存在較多的問題，在研究中對地形的考慮欠缺，很多的隧道都是埋深較大的隧道，而對于那些埋深較淺的隧道則研究較少；研究的溶洞類型非充填型的比充填型的要多；實際的隧道并不全是圓形的，還有三心拱、矩形等斷面形狀，研究人員通常把斷面統(tǒng)一為圓形研究，這一點對盈利的集中會產(chǎn)生偏差。

目前解決圍巖穩(wěn)定性這一問題的方法主要有，采用合適的隧道施工方法，在建設(shè)中應(yīng)采用核心開挖法、全面開挖法等方法，在建設(shè)的同時應(yīng)盡量的避免頻繁測量、工程擾動等造成隧道建設(shè)中的誤差；采用高強(qiáng)度的隧道支護(hù)方法，在隧道建設(shè)中通常采用錨桿、錨噴、錨索等方法來進(jìn)行支護(hù)。；注重明洞開挖工作，在高速公路建設(shè)的工程中應(yīng)在明洞拉槽開挖的過程中結(jié)合路基的情況進(jìn)行開挖；注重暗洞開挖工作等方法，在進(jìn)行建設(shè)的過程中應(yīng)采取早進(jìn)洞晚出洞的原則，在初期完支護(hù)后及時進(jìn)行二次襯砌，從而防止大變形。

結(jié)束語

綜上所述，在進(jìn)行巖溶隧道建設(shè)的過程中巖石的性質(zhì)、結(jié)構(gòu)、完整程度對于建設(shè)的安全性和建設(shè)質(zhì)量有著重要影響，因此在進(jìn)行建設(shè)的過程中要采用合適的施工方法、采用高強(qiáng)度的隧道支護(hù)方法進(jìn)行支護(hù)，同時應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對于隧道明洞和暗洞的開挖工作。只有這樣才能夠提升我國高速公路以及高速公路隧道的建設(shè)質(zhì)量。

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