云雾山隧道浅埋岩溶段地质灾害研究

摘要

在岩溶发育地区修建隧道一直是困扰工程界的一个难题。而在岩溶地区修建浅埋隧道更是由于受到岩溶、地下水、浅埋地质结构等诸多因素影响,在施工过程中灾害频发。但是,由于浅埋岩溶地质情况的复杂性,目前对于岩溶隧道地质灾害的研究成果较少,严重滞后于隧道建设发展的要求。在建的遂渝高速公路云雾山隧道浅埋岩溶段长450m;全段岩溶发育,地下水丰富;围岩受地质构造影响严重,地质情况极为复杂。施工中共发生大规模塌方3次(其中1次为冒顶塌方),突泥4次,涌水6次;地表多次出现陷穴、开裂、水田失水、房屋开裂等现象。
　　本论文以国家自然科学基金重点项目“隧道与地下空间工程结构物的稳定性与可靠性(50334060)”和“遂渝高速公路云雾山隧道信息化施工监测技术研究”课题为依托,针对云雾山隧道浅埋岩溶段施工过程中发生的岩溶地质灾害事故,对浅埋岩溶段地质灾害的致灾机理进行了分析;研究了浅埋岩溶隧道的灾害预测防治措施;对浅埋岩溶段特大冒顶塌方发生的原因,处治过程进行了分析。
　　得出以下几点主要结论:①结合浅埋岩溶段地质灾害发生的情况,分析了浅埋岩溶段地质灾害的致灾机理,得出浅埋岩溶段致灾因素主要有溶洞、水、地质构造和工程因素四方面。②浅埋岩溶段地质灾害不仅显现出岩溶隧道和浅埋隧道的地质灾害的特点,而且还具有突发性强、灾害影响范围大、灾害演变速度快的特点。③提出了超前地质预报、超前支护、监控量测技术等合成的岩溶地质灾害预测与防治系统。通过超前地质预报信息,弥补地质勘测信息的不足,并为超前支护措施选择提供依据;监控量测数据分析结果修正超前支护及初期支护设计。三者形成一个相互关联、不断优化的系统。④对浅埋岩溶段特大冒顶塌方的发生、发展过程的分析表明,该次塌方主要由地质构造、岩溶突泥及水等致灾因素引起,地表河水涌入塌陷区是导致塌方规模扩大的主要因素。⑤有限元计算结果与监控量测结果相符,证明塌方灾害处治方案合理。衬砌结构受力较大位置处于左右两侧拱肩位置,拱顶次之,而拱下部受力较小,拱顶下沉值较大,产生较大下沉的原因是在分布开挖过程中未设置中间支撑和临时仰拱。⑥模拟分析结果显示塌陷区回填后,拱顶部未出现屈服区域,与监控量测结果基本相符。可见通过支护系统导管加强、加密,有效改善了支护结构的受力情况。

目录

中文摘要

英文摘要

1 绪论

1.1 选题依据及研究意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 浅埋岩溶隧道地质灾害类型

1.2.2 岩溶隧道稳定性主要研究方法及国内外发展现状

1.2.3 浅埋岩溶隧道处治技术研究的国内外发展概况

1.3 浅埋岩溶隧道地质灾害处治存在的问题

1.4 主要研究内容及技术路线

1.4.1 主要研究内容

1.4.2 技术路线

2 云雾山隧道浅埋岩溶段地质概况

2.1 云雾山隧道浅埋岩溶段概况

2.2 浅埋岩溶段地质概况

2.2.1 地形地貌

2.2.2 地质构造及地层岩性

2.2.3 水文地质条件

2.2.4 岩溶水变化特征

2.3 浅埋岩溶段主要地质特点总结

2.4 浅埋岩溶段地质灾害概况

3 浅埋岩溶段地质灾害致灾机理

3.1 浅埋岩溶段隧道围岩应力分析

3.1.1 浅埋隧道围岩应力计算模型

3.1.2 浅埋岩溶段隧道围岩应力计算

3.2 浅埋隧道围岩破坏准则

3.3 浅埋岩溶段岩溶致灾因素分析

3.4 浅埋岩溶段地质灾害的特点

3.5 本章小结

4 浅埋岩溶段地质灾害预测及防治系统研究

4.1 浅埋岩溶段超前地质预报技术研究

4.1.1 隧道超前地质预报技术

4.1.2 云雾山隧道浅埋岩溶段超前预报成果解译

4.1.3 超前地质预报效果评价

4.2 浅埋岩溶段超前支护技术研究

4.2.1 浅埋岩溶隧道超前支护措施

4.2.2 云雾山隧道浅埋岩溶段超前支护优化设计

4.3 浅埋岩溶段监控量测技术研究

4.3.1 浅埋岩溶段监控量测方案设计

4.3.2 监测数据处理

4.4 本章小结

5 云雾山隧道浅埋岩溶段特大冒顶塌方灾害处治

5.1 浅埋岩溶段特大冒顶塌方处治方案设计

5.1.1 灾害发生、发展过程

5.1.2 灾害发生原因分析

5.1.3 冒顶塌方处治方案设计

5.2 特大地质灾害处治模拟分析

5.2.1 有限单元划分

5.2.2 模拟计算参数

5.2.3 有限元计算结果

5.2.4 计算结果分析

5.3 灾害治理过程监控量测及效果评价

5.3.1 灾害治理过程监控量测数据分析

5.3.2 监控量测结果对比分析及灾害处治效果评价

5.4 本章小结

6 结论与建议

6.1 结论

6.2 建议

致谢

参考文献

附录：

A. 作者在攻读硕士学位期间发表论文的目录

B. 作者在攻读硕士学位期间参加的科研项目