郑万铁路岩溶隧道突水力学机理与处治措施分析

按照表4.2所列6种工况，通过在隧道不同位置分别布置不同距离（距离分别为1 m、3 m、5 m、7 m、9 m）的充水溶洞，计算隧道围岩的变形情况，根据数值模拟计算结果得到隧道围岩各测点变形随充水溶洞分布距离的变化规律，如图4.13所示。

图4.13　不同工况条件下隧道围岩竖向位移随充水溶洞分布距离的变化规律

由图可知：当充水溶洞位于拱顶上方时[图4.13（a）]，右拱肩处的围岩变形最大，其次依次为拱顶处的位移、左拱肩处的位移、左拱腰处的位移、右拱腰处的位移、右拱脚处的位移、左拱脚处的位移、拱底处的位移。其中隧道围岩右拱肩处以及拱顶处的位移随溶洞与隧道间的距离变化有较为明显的变化，而隧道的左拱肩、两侧拱腰、两侧拱脚以及拱底的竖向位移随溶洞与隧道间距离变化无明显变化。隧道围岩的破坏以隧道围岩右拱肩处为最薄弱点（拱顶位移与右拱肩处位移十分接近），当溶洞距离隧道围岩拱顶3 m时，围岩变形最大，此时右拱肩处位移到达－29.05 mm（负号表示位移竖直向下）。两侧拱肩位移值并未出现对称的竖向位移，主要原因是岩体产状节理的分布、不同的倾角与倾向，导致了隧道围岩的应力分布不均匀，进而导致了各个对称测点的竖向位移的不同；而两侧拱腰及拱脚位移近似对称，结果表明岩体产状节理的分布对于隧道围岩拱顶及拱肩处的位移影响较大，而对于两侧拱腰及拱脚的影响较小。(www.xing528.com)

当充水溶洞位于右拱肩时[图4.13（b）]，以拱顶处的位移最大，其次依次为右拱肩的位移、左拱肩的位移、左拱腰的位移、右拱腰的位移、左拱脚的位移、右拱脚的位移、拱底处的位移。隧道围岩拱顶处以及右拱肩处的位移随溶洞与隧道间的距离变化有较为明显的变化，而隧道的左拱肩、两侧拱腰、两侧拱脚以及拱底的竖向位移随溶洞与隧道间距离变化无明显变化。当溶洞距离隧道围岩右拱肩1 m时，围岩变形最大，最大竖向变形为－12.48 mm。

当充水溶洞位于右拱腰时[图4.13（c）]，以拱顶和右拱肩处的位移最大，其次依次为左拱肩的位移、左拱腰的位移、右拱腰的位移、左拱脚的位移、右拱脚的位移、拱底处的位移。隧道围岩拱顶处以及右拱肩处的位移随溶洞与隧道间的距离变化有较为明显的变化，而隧道的左拱肩、两侧拱腰、两侧拱脚以及拱底的竖向位移随溶洞与隧道间距离变化无明显变化。当溶洞距离隧道围岩右拱肩7 m时，围岩变形最大，最大变形位于右拱肩处且最大竖向变形为－18.64 mm。

当充水溶洞位于隧道拱底下方时[图4.13（d）]，以拱顶位移最大，其次依次为右拱肩的位移、左拱肩的位移、左拱腰的位移、右拱腰的位移、右拱脚的位移、左拱脚的位移、拱底处的位移。隧道围岩拱顶处、右拱肩处、拱底处的位移随溶洞与隧道间的距离变化有较为明显的变化，而隧道的左拱肩、两侧拱腰以及两侧拱脚的竖向位移随溶洞与隧道间距离变化无明显变化。当溶洞距离隧道围岩右拱肩7 m时，围岩变形最大，最大变形位于拱顶处且最大竖向变形为－16.55 mm。

当溶洞位于隧道左拱腰处时[图4.13（e）]，以拱顶和右拱肩处的位移最大，其次依次为左拱肩的位移、左拱腰的位移、右拱腰的位移、右拱脚的位移、左拱脚的位移、拱底处的位移。隧道围岩拱顶处以及右拱肩处的位移随溶洞与隧道间的距离变化有较为明显的变化，而隧道的左拱肩、两侧拱腰、两侧拱脚以及拱底的竖向位移随溶洞与隧道间距离变化无明显变化。当溶洞距离隧道围岩右拱肩5 m时，围岩变形最大，最大变形位于拱顶处且最大竖向变形为－20.81 mm。

当充水溶洞位于隧道左拱肩处时[图4.13（f）]，以拱顶和右拱肩处的位移最大，其次依次为左拱肩的位移、左拱腰的位移、右拱腰的位移、右拱脚的位移、左拱脚的位移、拱底处的位移。隧道围岩拱顶处以及右拱肩处的位移随溶洞与隧道间的距离变化有较为明显的变化，而隧道的左拱肩、两侧拱腰、两侧拱脚以及拱底的竖向位移随溶洞与隧道间距离变化无明显变化。当溶洞距离隧道围岩右拱肩5 m时，围岩变形最大，最大变形位于右拱肩处且最大竖向变形为－31.96 mm。

综上所述，充水溶洞隧道围岩的测点位移最大值一般都位于拱顶和右拱肩处，因此判断隧道拱顶、右拱肩为围岩的最易破坏点，其中以充水溶洞分布于左拱肩，距离左拱肩5 m时，位移最大。充水溶洞除了右拱肩和拱顶，其他位置随分布距离变化的波动特别小，值得一提的是拱底充水溶洞对隧道拱底的竖向位移产生了影响，而非充填溶洞是没有这一现象的。充水溶洞的分布距离对于围岩并未呈现有规律的变化趋势，而是处于一个波动的情况，产生波动的主要原因是隧道围岩的产状节理影响，不同分布距离的充水溶洞，截断的产状节理不同，进而导致各个测点的岩体受力发生了变化，因此出现了竖向位移不规律波动的情况。