岩溶形成条件和影响因素,岩溶地质作用的机制

摘 要：为研究在不同岩溶条件下新建隧道开挖对既有隧道的影响，通过实际工程结合FLAC3D有限元软件进行研究。研究结果表明：溶洞的存在对既有隧道存在不利影响，会使既有隧道的围岩应力与位移增大。因此，应加固隧道洞口及衬砌结构，以降低岩溶隧道对既有隧道的影响。

关键词：岩溶隧道;地质灾害;突泥灾害;数值模拟;

作者简介：姜志（1988—），男，河北邢台人，高级工程师，研究方向为公路桥梁工程。;

据相关研究结果显示，我国碳酸盐岩分布广泛，岩溶面积约占我国国土面积的1/3[1]，由于这些不利的地质条件对工程建设存在很大威胁，例如在具有岩溶的隧道施工时，常常会发生突泥或突水等地质灾害，同时在进行新建筑物的建造时也常会遇到既有建筑物，这类工程越来越复杂，必须解决新建建筑物对既有建筑物的相互影响问题，尤其是在岩溶区域内。

国内外诸多学者对岩溶问题进行了大量研究。其中，Randall C.Orndorff[1]通过研究提出了一个概念模型，表明地层的岩性、岩层的倾角及局部基准面将会对管道的溶蚀和溶洞的发育产生影响；谢树庸[2]经过研究分析对岩溶地区出现的工程问题分类，主要包括岩溶地基与围岩的稳定问题，岩溶的渗透问题，岩溶涌水及地下室外水压力问题；张延等人[3]对铁路隧道中存在岩溶的不良地质现象研究，提出处理这些不良现象的方法；陈成宗[4]对大瑶山的九号断层进行研究，对大断层的地质构造、岩体结构及地下水等特性进行分析，提出穿越不良地质的具体施工方法；钟辉亚等人[5]对在实际工程的建设中遇到岩溶问题进行分析研究，深入探讨了承压水对岩溶地貌形成的影响因素，总结岩溶、承压水的发育特点为工程选址提高依据；仇文革[6]根据实际工程对大断面车站临近基层浅埋暗挖工法进行研究，提出广义地下工程近接施工的分类，提出厂挖影响线概念和纵向分段梁及横向非等参支护等方法；龚伦等人[7,8]根据实际工程对既有铁路隧道下穿引水隧洞的影响进行研究，研究结果表明：引水隧洞施工对铁路隧道产生影响的范围与掘进方向有关，引水隧洞近接施工时，铁路隧道将发生扭转变形；郑俊杰等人[9]对新建隧道近距离穿越既有隧道的安全进行研究，研究结果表明：近距离爆破振动施工对既有隧道影响较大，应对既有隧道的衬砌强度及抗震等级进行评估，余波[10]根据实际工程研究深埋隧洞施工时遇到的问题，总结此类工程地质问题及地基的处理方法。

本文在现有研究成果基础上，通过实际工程结合FLAC3D有限元软件，研究在不同的岩溶条件下新建隧道的开挖对既有隧道开挖的影响。

本工程是在原有的公路隧道下开挖铁路隧道，因此，属于上下交叉的两条隧道。围岩的应力重分布与隧道工程施工有关，因此，对新建隧道在上既有隧道在下，还是新建隧道在下既有隧道在上，对新建隧道和既有隧道都有不同的影响，当新建隧道在上既有隧道在下时，此时既有隧道的位移变化主要是向上变形，围岩的拱效应将会降低，并且此时的衬砌荷载将会增加；当新建隧道在下既有隧道在上时，此时既有隧道在空间的垂直方向将会产生沉降，在隧道的内部衬砌及二次衬砌都容易产生开裂。

其中，关于隧道的位置关系包括隧道并列时及交叉时的上下关系确定见表1。

表1 隧道关系确定表[6] 下载原图

下载原表

注：D为隧道的隧洞直径

模型建模中，公路隧道的洞口直径为150m，铁路隧道的洞口直径为113m，模型中岩土采用mohr-coulomb模型，混凝土的衬砌及初期的衬砌采用弹性模型进行模拟计算，模型的单元一共35 325个，节点数一共67 426个，并且在模型中对下边界、左右及前后边界设置为固定边，上边界设置为自由边，模拟的过程不考虑地下水的影响，具体模型如图1所示，模型的参数选取如表2所示。

图1 模拟的模型图 下载原图

表2 隧道围岩及支护结构的参数设置表 下载原图