富水软弱夹层隧道涌水塌方风险识别及预防治研究

摘要

目前我国交通事业正在快速发展，多条公路线路正在规划当中，要完成规划路网建设，重点是一些山区公路的修建，在这些地区修建公路，必不可少的要修建大量隧道，虽然当前我国隧道施工水平已有很大提高，但是在遇到特殊地质情况时，灾害事件依然时有发生，其中最为常见的事故便是涌水塌方事故。隧道涌水塌方往往是因为掌子面前方围岩存在富水软弱地层，以往研究中多是对涌水塌方的机理和事故发生后的处理措施进行研究，但是这并不能从根本上减少此类事故发生，因此迫切需要对富水软弱夹层隧道涌水塌方的预防治进行研究。　　基于以上背景，本文以白鹤滩水电站会东县甘葫路复建工程为依托，利用现场调研、文献查阅、理论分析、数值模拟等研究方法，对富水软弱夹层隧道涌水塌方预防治流程及措施进行了系统研究，具体研究内容如下：　　（1）通过对近十年来100起隧道塌方事故进行了统计分析，利用统计数据对导致塌方发生的影响因素进行了分类汇总，并对每种因素发生的概率及影响规律进行了详细分析。　　（2）在事故统计数据的基础上，建立了塌方风险发生的模糊层次分析法决策模型，可对塌方事故发生的风险程度进行识别和评价，并在实际工程中得到了成功应用。　　（3）通过FLAC3D软件中流固耦合的功能，对有无富水软弱夹层存在的两种情况下隧道的施工过程进行了数值模拟，确定了富水软弱夹层隧道发生涌水塌方事故的临界失稳判据，进而确定了隧道涌水塌方段的安全设防距离。　　（4）进行了考虑多种因素的数值模型试验，分析了普通围岩岩性和软弱夹层围岩岩性、厚度、范围以及水压力、埋深等因素对安全设防距离的影响，并在此基础上建立了富水软弱夹层隧道涌水塌方安全设防距离的确定公式，在实际工程中得到了应用和验证。　　（5）提出了对富水软弱夹层隧道涌水塌方从渗流失稳和围岩失稳两方面进行综合防治的策略，将预防治措施分为地下水防治措施和围岩预加固措施，并对每种措施的具体方法和作用机理进行了分析。　　（6）对隧道围岩预加固措施的力学行为进行了分析，以管棚为例建立了更符合实际工况的预加固力学模型，并通过MATLAB对模型进行了求解，利用该模型对预加固参数进行了优化分析，并在实际工程中得到了验证。

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