达陕高速公路隧道塌方机制及处治措施研究

摘要

随着我国基础设施的建设,我国公路隧道设计、施工技术有了飞速的发展。塌方是隧道建设中危害极大的地质灾害之一,投入到塌方治理的费用呈逐年增加趋势。隧道在开挖过程中,由于地质构造,施工方法等问题而造成塌方事故时常发生。塌方的发生,严重影响隧道施工的安全,同时造成了重大经济损失。因此,对塌方事故的发生机制和处理方法进行总结,对以后隧道的快速安全施工具有较大的实际意义。
　　 本文以四川达陕高速公路隧道建设中的发生的塌方事故为例,利用地质调查、理论分析和数值模拟等手段对达陕高速公路隧道中引起塌方的因素、塌方的类型以及相应的塌方形成机制进行分析总结,并对塌方的处治措施进行了研究,获得的主要成果如下:
　　 (1)通过对隧道塌方实例的分析,总结出达陕高速公路隧道塌方的影响因素主要为:构造破碎带、地下水的间接作用、涌水突泥、隧道偏压和施工方法等五个方面。同时对塌方的类型进行了总结,将隧道塌方的类型按控制因素、诱发因素、塌方形态因素和机理因素四种因素进行分类。
　　 (2)根据前人总结的塌方机制,结合达陕高速公路隧道塌方特点,得出主要有剪切-滑落型、张裂-塌落型、塑流-挤出型、流动-塌落型和振动-塌落型五种塌方机制。
　　 (3)采用FLAC3D对防塌方的不同支护结构的加固机理进行数值模拟分析。得出:单独使用锚杆对破碎围岩支护效果不大,单靠增加锚杆长度也不能有效的改善围岩力学性质；在不采取其他支护手段的前提下,钢拱架间距不宜大于1.2m。通过对典型塌方的数值模拟得出:最小主应力在拱腰部位近于垂直或在拱顶部位近于正交。另外,洞室开挖后,在开挖边界一定范围内出现了不同程度的塑性破坏区。在拱顶和底板以张拉性破坏为主,拱腰和拱脚部位以剪切破坏为主。
　　 (4)结合达陕高速公路隧道塌方和其他相关的塌方处治措施,对断层破碎带、瓦斯、涌水和浅埋偏压等不同类型下的塌方提出处治措施,对不同规模的塌方提出了处治方案。
　　 (5)将信息化施工技术应用于隧道塌方防治中,结合典型实例,证明了信息化施工的可行性和优越性。