巖溶公路隧道施工及運營安全性研究.pdf

1、本文依托貴州省六盤水市小壩田巖溶公路隧道,結合理論分析、數(shù)值模擬,分別從隧道靜力開挖、爆破施工、地震響應、車輛荷載作用4各方面對巖溶公路隧道施工及運營情況下圍巖的穩(wěn)定性和支護結構的安全性進行了研究,主要研究內(nèi)容及其結論如下:
　　(1)采用ANSYS有限元軟件模擬了小壩田巖溶公路隧道臺階法施工,并結合圍巖應力、圍巖塑性區(qū)、襯砌變形、襯砌應力、襯砌安全系數(shù)以及由Griffith準則提出的襯砌開裂系數(shù)等分析了施工過程中小壩田隧道圍巖的

2、穩(wěn)定性和襯砌結構安全性,上述結果均滿足規(guī)范要求,說明小壩田巖溶公路隧道在開挖過程中圍巖穩(wěn)定,支護結構安全。
　　(2)基于小壩田隧道的模型和工程地質條件,分析了不同分布部位的溶洞對隧道圍巖穩(wěn)定性和支護結構安全性的影響規(guī)律,從圍巖塑性區(qū)、特征點位移、襯砌應力、襯砌安全系數(shù)等方面確定了溶洞位于隧道側部是對圍巖和襯砌支護結構影響最大的最不利分布部位。
　　(3)根據(jù)側部溶洞是對圍巖和襯砌支護結構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隧道圍巖穩(wěn)定性和支護結構安全性的影響規(guī)律。溶洞對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,溶洞對隧道影響趨近于零,隧道設計和施工時可以不予考慮。間距比KR大于1.419時,溶洞對隧道的影響程度變化趨于穩(wěn)定。
　　(4)查閱相關文獻,以爆破振動速度、溶洞各質點應力極值、爆破破壞指數(shù)BDI作為小壩田隧道爆破施工過程

4、中溶洞是否安全的評判標準,運用ANSYS有限元軟件對小壩田隧道爆破施工進行了模擬,并以圍巖損傷斷裂準則得出最大安全振動速度13.74cm/s、圍巖動抗拉強度2.13Mpa,圍巖動抗壓強度23.25Mpa、爆破破壞指數(shù)BDI≦1.0評判小壩田隧道爆破施工過程中溶洞的穩(wěn)定性,計算結果均滿足規(guī)范要求,說明小壩田巖溶公路隧道爆破施工時溶洞不會發(fā)生失穩(wěn)破壞。
　　(5)基于小壩田隧道的動力計算模型和工程地質條件,從最大振動速度、最大抗拉壓應

5、力、最大爆破破壞指數(shù)等角度分別分析了爆破施工對不同分布部位溶洞(溶洞位于隧道頂部、底部、側部)的影響,得到溶洞位于隧道底部是爆破施工對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速度的關系為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有限元軟件對小壩田隧道動力計算模型施加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的振動速度規(guī)律,并以襯砌和溶洞的最大拉壓應力和應力增量判斷襯砌和溶洞的安全性。結果表明:在地震作用下,襯砌最大拉應力為0.752Mpa,最大壓應力為2.45Mpa,溶洞周邊各質點最大拉應力為0.169Mpa,最大壓應力為2.126Mpa,上述結果均滿足規(guī)范要求,說明小壩田隧道在地震作用下不會發(fā)生

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