· 75 · 隧道与溶洞施工安全距离分析研究
中铁十八局渝昆高铁云贵段站前五标 张晋龙
摘 要:为有效解决隧道穿越岩溶区施工遇到溶洞时安全距离的确定问题,通过弹性力学的相关理论对隧道与溶洞
之间的安全距离进行了研究。利用突变理论确定了岩梁系统发生突变的必要条件,并根据突变特征值和判别准则对隧
道围岩稳定性进行判断,并将梁结构简化为固支梁力学模型,在突变理论的指导下求解并建立了溶洞位于隧道上方时
的安全距离计算模型;以新建昆渝高铁乐业隧道工程的参数为例,利用ABAQUS软件构建隧道与溶洞施工安全距离的
数值计算模型,以数值模拟的方法验证了隧道与溶洞安全距离计算模型的工程适用性。结果表明:隧道与溶洞施工安全
距离计算模型具有良好的工程适用性,与数值模拟的计算结果拟合效果良好,且经过�.��m岩层厚度折减后,得出所依
托工程的溶洞安全距离区间为�.��~�.��m;当突变特征值△>�时,围岩稳定且塑性区尚未贯通;当突变特征值△≤�且
b>�时,围岩失稳,但塑性区已贯通,因此可根据塑性区的贯通情况判断隧道围岩的临界失稳状态;溶洞跨度、高跨比、
围岩参数是影响安全距离的主要因素,且隧道与溶洞间安全距离随溶洞跨度的增加而增加,随高跨比的增加而减少,随
围岩水平的增加而增加。该研究结果可为类似工程建设提供理论指导与参考。
随着国家高速铁路网建设规划的顺利开展,我国高速铁路建设的步伐也在逐渐加快。由于高速铁路在修建过程中
对施工环境和建设标准要求普遍较高,当高速铁路线路需要穿越岩溶地区施工时,经常受到不同方位溶洞及其溶腔内
填充物和突水突泥等的影响,对工程危害极大。因此,岩溶区隧道的安全施工是一个急需解决的世界性难题,如果不能
有效预测出隧道与溶洞间的安全距离,将影响隧道施工的安全和结构的稳定,也会造成隧道周边岩土体地表环境恶化,
因此有必要开展施工过程中的隧道与溶洞之间安全距离的相关研究。
截至目前,国内外专家学者已对隧道与溶洞施工安全距离进行了一定程度的探讨。但是纵观这些研究方法,主要是
以数值模拟和试验分析为主,而针对隧道与溶洞施工安全距离的理论研究成果仍相对较少,且已有的理论计算模型之
间缺乏系统性的相互联系,因此有必要开展隧道与溶洞施工安全距离的系统性理论研究,建立岩溶区隧道与溶洞安全
距离计算模型。
基于此,笔者将隧道与溶洞间的岩层系统简化为梁、板结构,并利用尖点突变理论基本原理建立隧道与溶洞施工安
全距离计算模型,给出了溶洞位于隧道上部时其与隧道间的安全距离范围,并依托新建重庆至昆明高速铁路乐业隧道
工程,验证该计算模型的适用性,以便为隧道穿越岩溶区的安全施工建设提供可靠的理论指导与参考。