岩溶隧道突水力学机理及处治措施研究成果

当隧道周边隐伏溶洞为充水溶洞时，采用隧道围岩水力分析模型进行计算时，由于溶洞洞壁四周作用有水压力，因此在溶洞四周需要加设均布静水压力。由于溶洞较小，故不考虑溶洞高度方向的水力梯度变化，将其水压等效为溶洞中心点的水压力。据郑万铁路小三峡隧道前期地勘资料，取地下水位位于隧道拱顶上方50 m处，溶洞内的静水压力根据溶洞不同的分布位置计算得到，具体如表4.4所示。

表4.4　不同工况下充水溶洞的静水压力

然后将计算得到不同静水压力施加到溶洞的边界上，按照表4.2所列工况进行计算，计算完成后提取图4.6所示8个监测点的位移和应力数据进行分析。隧道围岩的典型位移和应力云图如图4.12所示。

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图4.12　隐伏充水溶洞影响下隧道围岩典型位移和应力云图

由图可知：岩溶隧道围岩的竖向位移受岩体节理的影响较大，位移大小的分布图与隧道岩体第二组节理分布类似，这与第二组节理的分布有较大的关联，因为第二组节理较为竖直，导致应力沿着节理面传递；隧道左拱肩的竖向位移大于隧道右拱肩的竖向位移，但并未出现隧道两侧竖向位移对称的情况，这主要是由节理的分布不对称导致的。较大应力主要出现在隧道左右拱脚位置，这主要是由于节理分布的影响，基本机理同4.3节空溶洞情况，在此不再赘述；在充水溶洞的上方和下方有轻微的应力集中现象，这是由于溶洞内水压的影响，以及节理分布导致的应力集中。

限于篇幅，在此不对每种工况下的计算云图进行一一解释，下面将综合隧道围岩应力和变形计算结果，分析充水溶洞对隧道围岩变形和应力的影响。需要说明的是：在此分析时直接采用计算结果数据绘制的变化图进行阐述，各测点的位移和应力数值详见附录二。