岩溶隧道修建风险评估及关键参数研究

摘要

西部地区尤其是西南地区的公路隧道建设过程中，不可避免要遇到岩溶地质条件。在当今对安全施工和生态环境保护高要求的条件下，在岩溶地区修建隧道存在很多技术性难题。岩溶隧道修建风险评估与预警、防治对策以及溶洞和隧道间岩层的最小安全厚度关键参数成为不可忽视的问题，需要开展深入研究。
　　本论文依托万利高速公路长安寨隧道，采用资料调研、理论分析、数值分析等研究方法，主要研究内容包括:运用层次分析法和模糊综合评判理论对岩溶隧道水害风险进行评估，得出岩溶隧道水害风险等级，根据风险评估等级确定出其对应的预警级别，并制定出不同预警级别的预控对策;运用ANSYS软件建立溶洞—隧道模型，研究不同位置溶洞和隧道之间岩层的最小安全厚度，并针对不同溶洞跨度、不同溶洞高跨比对溶洞和隧道之间岩层最小安全厚度进行数值分析，总结出它们之间的影响规律。
　　通过以上的分析研究，主要得出以下结论:
　　①岩溶隧道水害主要受到岩溶发育程度与蓄水构造的控制，其突水风险可分为四个等级，其中，Ⅰ级风险最高，Ⅳ级风险最低。
　　②对应水害风险评估等级，岩溶隧道突水突泥预警级别可分为四个等级，分别用红色（Ⅰ级，最严重）、橙色（Ⅱ级，严重）、黄色（Ⅲ级，较重）、蓝色(Ⅳ级，一般)四种颜色表示。
　　③对于岩溶隧道的防治，首先要重视超前地质预报，切实落实监控量测工作，备足抽水等应急设备，要制定逃生应急预案，遇到可溶岩与非可溶岩接触带时，要采用管棚、小导管、预注浆等手段对围岩进行预支护。
　　④对于溶洞跨度，无论溶洞位于隧道哪一侧，隧道和溶洞间岩层最小安全厚度均随溶洞跨度增大而增大。
　　⑤对于溶洞高跨比，无论溶洞位于隧道的哪一侧，当溶洞向着水平或垂直方向发展时，溶洞和隧道之间岩层所需要的最小安全厚度逐渐增加;当溶洞高跨比趋近于1.0时，即溶洞形状接近圆形时，溶洞和隧道间岩层所需最小安全厚度逐渐减小;当溶洞高跨比等于1.0时，即溶洞形状为圆形时，溶洞和隧道之间岩层最小安全厚度最小。
　　⑥隧道侧面溶洞对溶洞和隧道之间岩层最小安全厚度影响最大，其次是底部溶洞。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 研究意义

1．3 问题的提出

1．4 国内外研究现状

1．4．1 岩溶隧道突水突泥风险研究现状

1．4．2 岩溶隧道水害风险评估研究现状

1．4．3 防灾变快速预警研究现状

1．4．4 岩溶隧道中超前地质预报研究现状

1．4．5 岩溶隧道突水突泥防治技术研究现状

1．4．6 隧道和溶洞间岩层最小安全厚度研究现状

1．5 论文主要研究内容和研究方法

1．5．1 论文主要研究内容

1．5．2 论文研究方法

第二章 岩溶发育规律及岩溶隧道施工危害研究

2．1 岩溶发育规律

2．1．1 岩溶发育基本规律

2．1．2 岩溶发育主控因素

2．2 依托工程岩溶发育规律

2．2．1 依托工程背景

2．2．2 依托工程特点

2．2．3 长安寨隧道岩溶发育规律

2．3 岩溶隧道工程区域施工危害

2．4 小结

第三章 岩溶隧道水害风险评估

3．1 岩溶隧道水害评估方法

3．1．1 常见的风险评估方法

3．1．2 多级模糊综合评估法

3．1．3 权重确定

3．1．4 隶属度函数

3．2 水害风险评估指标体系

3．2．1 指标选取原则

3．2．2 评估指标体系建立

3．3 水害风险评估

3．3．1 水害风险等级划分

3．3．2 评估模型

3．3．3 评估标准

3．4 长安寨隧道水害风险评估

3．4．1 长安寨隧道工程区域的风险源

3．4．2 长安寨隧道K36+020～K36+080段水害风险评估

3．4．3 长安寨隧道K36+120～K36+190段水害风险评估

3．4．4 长安寨隧道GK36+130～GK36+190段水害风险评估

3．4．5 长安寨隧道JK36+020～JK36+090段水害风险评估

3．4．6 长安寨隧道JK36+130～JK36+190段水害风险评估

3．5 小结

第四章 岩溶隧道预警与防治对策研究

4．1 预警机制的概念

4．2 岩溶隧道突水突泥风险四色预警

4．3 岩溶隧道突水突泥风险预警决策

4．3．1 预警警度

4．3．2 预警警限

4．3．3 预警警度确定

4．4 岩溶隧道突水突泥风险预警发布

4．5 岩溶隧道突水突泥风险预控对策

4．5．1 突水突泥风险预警监测

4．5．2 合理施工

4．5．3 注浆加固

4．5．4 洞内外防排水

4．5．5 不同突水突泥风险预警警度的预控对策

4．6 岩溶隧道防突水突泥防治对策与处治措施分析研究

4．6．1 岩溶隧道防突水突泥防治对策

4．6．2 岩溶隧道防突水突泥处治措施

4．7 工程实例

4．7．1 长安寨隧道预警级别与警度确定

4．7．2 长安寨隧道不同预警级别的预控对策

4．7．3 长安寨隧道突水突泥灾害紧急预案措施

4．7．4 长安寨隧道突水突泥防治对策

4．7．5 长安寨隧道突水突泥处治措施

4．8 小结

第五章 溶洞与隧道间岩层最小安全厚度关键参数研究

5．1 ANSYS有限元软件在隧道工程中的应用简介

5．1．1 屈服准则的选择

5．1．2 溶洞和隧道之间岩层最小安全厚度影响因素

5．1．3 隧道和溶洞之间岩层最小安全厚度模拟过程

5．2 隧道和顶部溶洞间岩层最小安全厚度数值模拟分析

5．2．1 溶洞跨度对隧道顶板最小安全厚度影响

5．2．2 溶洞高跨比对隧道顶板最小安全厚度影响

5．3 隧道和底部溶洞间岩层最小安全厚度数值模拟分析

5．3．1 溶洞跨度对隧道底板最小安全厚度影响

5．3．2 溶洞高跨比对隧道底板最小安全厚度影响

5．4 隧道和侧部溶洞间岩层最小安全厚度数值模拟分析

5．4．1 溶洞跨度对隧道侧板最小安全厚度影响

5．4．2 溶洞高跨比对隧道侧板最小安全厚度影响

5．5 综合对比分析

5．6 小结

第六章 结论与展望

6．1 主要结论

6．2 展望

致谢

参考文献

在学期间发表的论文和取得的学术成果