巖溶隧道圍巖穩定性研究

韋偉

【摘 要】 隧道圍巖的穩定性對于高速公路的建設和運營具有重要的影響。本文先對巖溶隧道圍巖穩定性理論研究現狀作了介紹，接著對巖溶隧道圍巖穩定性分析方法的研究進行了闡述，并對當前該領域對隧道的建設產生的影響進行了介紹，最后在此基礎上分析了巖溶隧道圍巖穩定性研究的主要發展趨勢和存在的一些問題以及解決方法，為今后的研究提供參考。

【關鍵詞】 巖溶 隧道 圍巖穩定性

1.引言

隨著我國交通事業的需要，山嶺隧道的建設越來越多，高速公路和鐵路在山區進行建設的過程中需要開挖隧道，而巖溶區的隧道占隧道建設中的大多數，嚴重影響到了我國隧道建設的質量和安全性，加強對巖溶區隧道圍巖穩定性研究具有重要的意義。

2.巖溶隧道圍巖穩定性理論研究現狀

隧道及地下工程圍巖穩定性問題一直是巖土領域中的一個焦點。在當今社會中，只有少數部分人對巖溶隧道進行了探討和研究，這是我國隧道研究方面的一個缺陷。因此應用于巖溶隧道的理論并無獨特性，20世紀50年代有人研究得出了圍巖的彈塑性應力圖形[1]，如國外的研究者Kawamoto將損傷力學應用于接力巖體力學分析中。

3.巖溶隧道圍巖穩定性分析方法研究現狀

3.1數值模擬分析法

（1）有限元法。有限元是發展較早的巖體數值分析方法。此方法具有實用性強、非線性、復雜邊界問題方便等優點[2]，在各個工程領域得到了廣泛的應用.

（2）離散元法。離散元法在國內外得到廣發的應用。例如，王泳嘉教授等一些工作者也做了大量的研究，對地下硐室圍巖的變形與破壞進行了研究并開發了應用軟件。

（3）FLAC。這種方法克服了離散元法的缺陷，吸取了有限元法適用于各種材料模型及邊界條件的非規則區域連續問題解的優點。

3.2工程地質判別法。工程地質判別法主要有Stini 法、Franklin 法、RMR法和Q法以及RMI法。

3.3解析法。解析法是經常采用復變函數法進行圍巖應力與變形計算[3]，多用于圓形隧道的求解。目前解析法多用于深埋地下工程，而對于淺埋隧道圍巖分析還存在一定的困難。國內已經有很多專家用此方法成功的對圍巖應力進行了計算并提出了一些新的求解方法。

3.4物理模型實驗法。荷蘭S.cbandis在模擬高地應力條件下的圓形硐室開挖的模擬實驗后，認為即使在超高應力條件下，圍巖的各向異性性質還是很明顯，其二次應力和變形都由巖體構造控制的。

4.溶洞對巖溶隧道圍巖穩定性影響的研究現狀

在FLAC計算中，每個單元都處于不同的狀態（陳育民，2009[4]），拱頂和拱底是塑性區分布的集中區，最容易發生破壞。由于隧道處于地表以下，表層的巖土比較厚，通常情況下只對拱肩、拱腳、拱腰、拱底進行研究。可見當溶洞位于拱肩時塑性區的貫通范圍最大，位于拱腰時最小，位于拱腳和拱底的時候范圍則相同。鄒成杰、莫陽春、周曉軍等[5-10]做了深入的比較分析認為在施工中揭露出來的溶洞的穩定性比隱伏溶洞易分析，隱伏溶洞引起的隧道災害具有一定的隱蔽性，危害性比揭露溶洞要大一些。

5.巖溶隧道圍巖穩定性研究發展趨勢和存在的問題以及解決方法

當前這方面還存在較多的問題，在研究中對地形的考慮欠缺，很多的隧道都是埋深較大的隧道，而對于那些埋深較淺的隧道則研究較少；研究的溶洞類型非充填型的比充填型的要多；實際的隧道并不全是圓形的，還有三心拱、矩形等斷面形狀，研究人員通常把斷面統一為圓形研究，這一點對盈利的集中會產生偏差。

目前解決圍巖穩定性這一問題的方法主要有，采用合適的隧道施工方法，在建設中應采用核心開挖法、全面開挖法等方法，在建設的同時應盡量的避免頻繁測量、工程擾動等造成隧道建設中的誤差；采用高強度的隧道支護方法，在隧道建設中通常采用錨桿、錨噴、錨索等方法來進行支護。；注重明洞開挖工作，在高速公路建設的工程中應在明洞拉槽開挖的過程中結合路基的情況進行開挖；注重暗洞開挖工作等方法，在進行建設的過程中應采取早進洞晚出洞的原則，在初期完支護后及時進行二次襯砌，從而防止大變形。

結束語

綜上所述，在進行巖溶隧道建設的過程中巖石的性質、結構、完整程度對于建設的安全性和建設質量有著重要影響，因此在進行建設的過程中要采用合適的施工方法、采用高強度的隧道支護方法進行支護，同時應當加強對于隧道明洞和暗洞的開挖工作。只有這樣才能夠提升我國高速公路以及高速公路隧道的建設質量。

【參考文獻】

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[5] 朱大勇，錢七虎，周早生.復雜形狀嗣室圍巖應力彈性解析分析[J].巖石力學與工程學報.1999（4）：62-63.

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[8] 陳育民，徐鼎平.2009.FLAC/FLAC3D基礎工程實例.北京：中國水利水電出版社，376-379.

[9] 鄒成杰.水利水電巖溶工程地質[M].北京：水利電力出版社，1994.

[10] 莫春陽，周曉軍，鄧瑤林.側部巖溶隧道圍巖與支護結構力學特性分析[J].四川建筑科學研究院，2009，（35）：399-102.