巖溶公路隧道施工及運(yùn)營(yíng)安全性研究.pdf

1、本文依托貴州省六盤(pán)水市小壩田巖溶公路隧道,結(jié)合理論分析、數(shù)值模擬,分別從隧道靜力開(kāi)挖、爆破施工、地震響應(yīng)、車(chē)輛荷載作用4各方面對(duì)巖溶公路隧道施工及運(yùn)營(yíng)情況下圍巖的穩(wěn)定性和支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全性進(jìn)行了研究,主要研究?jī)?nèi)容及其結(jié)論如下:
　　(1)采用ANSYS有限元軟件模擬了小壩田巖溶公路隧道臺(tái)階法施工,并結(jié)合圍巖應(yīng)力、圍巖塑性區(qū)、襯砌變形、襯砌應(yīng)力、襯砌安全系數(shù)以及由Griffith準(zhǔn)則提出的襯砌開(kāi)裂系數(shù)等分析了施工過(guò)程中小壩田隧道圍巖的

2、穩(wěn)定性和襯砌結(jié)構(gòu)安全性,上述結(jié)果均滿足規(guī)范要求,說(shuō)明小壩田巖溶公路隧道在開(kāi)挖過(guò)程中圍巖穩(wěn)定,支護(hù)結(jié)構(gòu)安全。
　　(2)基于小壩田隧道的模型和工程地質(zhì)條件,分析了不同分布部位的溶洞對(duì)隧道圍巖穩(wěn)定性和支護(hù)結(jié)構(gòu)安全性的影響規(guī)律,從圍巖塑性區(qū)、特征點(diǎn)位移、襯砌應(yīng)力、襯砌安全系數(shù)等方面確定了溶洞位于隧道側(cè)部是對(duì)圍巖和襯砌支護(hù)結(jié)構(gòu)影響最大的最不利分布部位。
　　(3)根據(jù)側(cè)部溶洞是對(duì)圍巖和襯砌支護(hù)結(jié)構(gòu)影響最大的最不利位置,引入洞徑比λR

3、和間距比KR,按數(shù)值試驗(yàn)的方法分析了溶洞與隧道距離的變化和溶洞大小的變化對(duì)隧道圍巖穩(wěn)定性和支護(hù)結(jié)構(gòu)安全性的影響規(guī)律。溶洞對(duì)隧道的影響隨洞徑比λR的增大而增大,隨間距比KR的增大而減小。洞徑比λR小于0.217時(shí),溶洞對(duì)隧道影響趨近于零,隧道設(shè)計(jì)和施工時(shí)可以不予考慮。間距比KR大于1.419時(shí),溶洞對(duì)隧道的影響程度變化趨于穩(wěn)定。
　　(4)查閱相關(guān)文獻(xiàn),以爆破振動(dòng)速度、溶洞各質(zhì)點(diǎn)應(yīng)力極值、爆破破壞指數(shù)BDI作為小壩田隧道爆破施工過(guò)程

4、中溶洞是否安全的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn),運(yùn)用ANSYS有限元軟件對(duì)小壩田隧道爆破施工進(jìn)行了模擬,并以圍巖損傷斷裂準(zhǔn)則得出最大安全振動(dòng)速度13.74cm/s、圍巖動(dòng)抗拉強(qiáng)度2.13Mpa,圍巖動(dòng)抗壓強(qiáng)度23.25Mpa、爆破破壞指數(shù)BDI≦1.0評(píng)判小壩田隧道爆破施工過(guò)程中溶洞的穩(wěn)定性,計(jì)算結(jié)果均滿足規(guī)范要求,說(shuō)明小壩田巖溶公路隧道爆破施工時(shí)溶洞不會(huì)發(fā)生失穩(wěn)破壞。
　　(5)基于小壩田隧道的動(dòng)力計(jì)算模型和工程地質(zhì)條件,從最大振動(dòng)速度、最大抗拉壓應(yīng)

5、力、最大爆破破壞指數(shù)等角度分別分析了爆破施工對(duì)不同分布部位溶洞(溶洞位于隧道頂部、底部、側(cè)部)的影響,得到溶洞位于隧道底部是爆破施工對(duì)溶洞影響最大的最不利分布部位。
　　(6)根據(jù)溶洞位于隧道底部是爆破施工對(duì)溶洞影響最大的最不利分布部位,從溶洞與隧道間距出發(fā),擬合得到了溶洞與隧道間距與最大振動(dòng)速度的關(guān)系為v=88.187x-0.797,并確定了隧道與溶洞爆破施工的安全間距為1.15D。
　　(7)選用基線校正和濾波后的EL-

6、Centro波,采用ANSYS有限元軟件對(duì)小壩田隧道動(dòng)力計(jì)算模型施加EL-Centro波水平加速度荷載,分析了地震荷載作用下隧道襯砌和溶洞特征點(diǎn)的振動(dòng)速度規(guī)律,并以襯砌和溶洞的最大拉壓應(yīng)力和應(yīng)力增量判斷襯砌和溶洞的安全性。結(jié)果表明:在地震作用下,襯砌最大拉應(yīng)力為0.752Mpa,最大壓應(yīng)力為2.45Mpa,溶洞周邊各質(zhì)點(diǎn)最大拉應(yīng)力為0.169Mpa,最大壓應(yīng)力為2.126Mpa,上述結(jié)果均滿足規(guī)范要求,說(shuō)明小壩田隧道在地震作用下不會(huì)發(fā)生

7、拉、壓裂破壞。
　　(8)分別建立溶洞位于隧道頂部、側(cè)部和底部的有限元模型,對(duì)模型施加EL-Centro波水平加速度荷載,從隧道襯砌與溶洞各特征點(diǎn)的位移、速度和襯砌與溶洞的環(huán)向主應(yīng)力極值、主應(yīng)力增量最大值進(jìn)行比較,得出在地震作用下,溶洞位于隧道側(cè)部是溶洞分布的最不利分布部位。
　　(9)以小壩田隧道動(dòng)力計(jì)算模型,將車(chē)輛荷載考慮成激振力函數(shù),采用ANSYS有限元軟件模擬了車(chē)輛荷載作用下巖溶公路隧道的動(dòng)力響應(yīng),從襯砌和溶洞最大振