岩溶隧道突水力学机理及处治研究

稳定性评价研究是在岩溶区修建隧道的重大技术难题之一。对于岩溶隧道来说，溶洞的尺寸、溶洞和隧道间的相对距离，以及由于岩溶的发育，破坏了岩体的完整性，降低了岩石强度，同时为地下水的流动以及进一步溶蚀创造了条件，对隧道的稳定性构成了极大的危害。许多学者、专家研究溶洞尺寸（注：为研究方便，将溶洞简化为球形，其半径为r）、溶洞距隧道距离（L）及就溶洞空间分布对隧道稳定性的影响进行了定量分析，并取得了大量成就。

美国学者Ralphj.Hodek、Thomas M.Tharp，俄罗斯学者A.V.Anikeev及英国诺丁汉大学Lu ZhengXin教授分别采用了物理相似模拟试验、数值模拟试验（包括有限元法和有限差分方法）研究了荷载、溶洞尺寸及顶板安全厚度间的内在联系[65-68]。

国内的一些专家、学者在这方面也做了不少研究，取得了丰硕的成果。

（1）侧部岩溶稳定性研究：谭代明等[69]利用FLAC3D软件研究了岩溶位于隧道正侧部的情况下，在溶洞距隧道距离（L）不变时，溶洞尺寸（r）的变化对隧道稳定性的影响，忠垫高速公路隧道计算模型如图1.21（a）所示；赵明阶等[70]研究了岩溶位于隧道侧部不同空间方位时，不同的溶洞尺寸（r）、溶洞距隧道距离（L）组合的情况下隧道的位移及稳定性变化情况；宋战平等[71]以数值试验为手段，研究了溶洞的存在与隧道位移释放的关系。(www.xing528.com)

图1.21　隧道数值模拟计算模型

（2）顶部岩溶隧道稳定性研究：宋战平等[72]利用数值模拟方法研究了隧道稳定性及变形与溶洞尺寸（r），溶洞距隧道距离（L）间的相关关系；谭志宏等[73]利用RFPA-Slope软件研究了隧道稳定性与溶洞尺寸（r）、溶洞距隧道距离（L）的关系，指出在溶洞尺寸（r）和溶洞距隧道距离（L）一定的情况下，分别存在一个最危险距离；史世雍等[74]以ANSYS软件为手段，研究了溶洞尺寸（r）和溶洞距隧道距离（L）对隧道稳定性的影响，并和实测数据进行了比较，夏家庙隧道计算模型如图1.21（b）所示；赵明阶等[75]利用相关设备进行物理模拟实验，研究了在溶洞尺寸（r）一定的情况下，隧道稳定性与溶洞距隧道距离（L）的关系，指出开挖后总位移、瞬间位移以及流变位移均随溶洞距隧道距离（L）的增加而减小；赵明阶等[76]利用二维的弹塑性模型，研究了隧道稳定性及位移释放量与溶洞尺寸（r）、溶洞距隧道距离（L）间的相关关系；黎斌等[77]利用有限元方法，研究了溶洞尺寸（r）、溶洞距隧道距离（L）与桩设计荷载间的关系。

（3）底部岩溶隧道稳定性研究：蒋颖[78]利用FLAC3D软件，定量研究了溶洞在不同空间位置下围岩的破坏机理，并以宜（昌）万（州）铁路工程为例，得出侧部岩溶对隧道围岩的稳定性最为不利的结论，宜万铁路某岩溶隧道计算模型如图1.21（c）所示；赵明阶等[79]在弹塑性条件下，用数值模拟试验研究了溶洞空间分布对隧道的影响。