【摘要】：掌子面巖墻預(yù)留厚度是高風(fēng)險(xiǎn)巖溶隧道采用釋能降壓法施工時(shí)的一項(xiàng)重要技術(shù)參數(shù)。本文基于彈性厚板理論,分析了巖溶隧道掌子面突水機(jī)制,推導(dǎo)了邊界條件分別為固支和簡(jiǎn)支兩種模式的巖溶隧道掌子面巖墻安全防突厚度及臨界水壓計(jì)算公式。上述計(jì)算公式的參數(shù)化分析表明,兩種模式下掌子面巖墻安全防突厚度隨前方巖溶水壓力、巖體泊松比的增大而增大;掌子面巖體質(zhì)量越差,防突厚度愈大。臨界水壓力隨掌子面巖墻厚度增加而增加,掌子面巖體質(zhì)量越差,臨界水壓力愈小。掌子面巖墻安全防突厚度的理論分析及算例結(jié)果表明,固支邊界條件下的計(jì)算結(jié)果與施工中普遍采用的預(yù)留厚度值較為一致,該結(jié)論可為類似工程提供參考和借鑒。
【圖文】：

量等級(jí)、隧道橫斷面尺寸、前伏溶腔水壓的關(guān)系;同時(shí)，，分析了兩種模式下巖體質(zhì)量等級(jí)、巖墻厚度等對(duì)隧道掌子面突水的臨界水壓力的影響規(guī)律。研究成果對(duì)防止隧道突水突泥等富含高壓充填巖溶地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生、指導(dǎo)巖溶區(qū)隧道施工、提高施工效率具有重要意義。1基于彈性厚板理論的防突厚度根據(jù)厚跨比的不同，可將彈性板分為薄板和厚板。不能確定巖溶隧道掌子面前方巖墻厚度時(shí)，較好的選擇是采用彈性厚板理論。本文針對(duì)較完整掌子面巖墻巖體，將隧道輪廓簡(jiǎn)化為圓形，基于彈性厚板理論建立掌子面巖墻穩(wěn)定性分析力學(xué)模型如圖1。在掌子面巖墻防突厚度及臨界水壓力分析過程中作如下假設(shè):(1)隧道軸線的平面和靠近溶腔的掌子面前方巖墻橫斷面垂直，掌子面巖墻為等厚度圓形彈性厚板。(2)高壓充填巖溶水壓力p垂直作用于臨溶腔側(cè)巖墻上，因隧道高度有限，忽略巖溶水壓力在巖墻高度上的差異，將其視為均布荷載。(3)隧道掌子面巖墻巖體為完整、連續(xù)、各向同性的介質(zhì)。(4)根據(jù)掌子面巖墻巖體質(zhì)量等級(jí)的不同，分別采用固支和簡(jiǎn)支兩種邊界條件下的彈性厚板建立力學(xué)模型進(jìn)行分析。由上述假定可知，本文中所建立的力學(xué)模型滿足幾何和荷載軸對(duì)稱條件，可按軸對(duì)稱問題求解。圖1掌子面巖墻穩(wěn)定性分析彈性厚板力學(xué)模型Fig．1Mechanicalmodelbasedonelasticthicknessplatetheoryforstabilityanalysisofrockwallbeforetunnelface在圓柱坐標(biāo)系下，取彈性厚板中一微單元體rdrdθ，如圖2所示。根據(jù)z方向力的平衡條件ΣFz=0和軸向彎矩平衡條件ΣMθ=0，可得如下方程:圖2掌子面巖墻微元體受力示意Fig．2Loadingsketchofrockwallelement1374地下空間與工程學(xué)報(bào)第13卷

略巖溶水壓力在巖墻高度上的差異，將其視為均布荷載。(3)隧道掌子面巖墻巖體為完整、連續(xù)、各向同性的介質(zhì)。(4)根據(jù)掌子面巖墻巖體質(zhì)量等級(jí)的不同，分別采用固支和簡(jiǎn)支兩種邊界條件下的彈性厚板建立力學(xué)模型進(jìn)行分析。由上述假定可知，本文中所建立的力學(xué)模型滿足幾何和荷載軸對(duì)稱條件，可按軸對(duì)稱問題求解。圖1掌子面巖墻穩(wěn)定性分析彈性厚板力學(xué)模型Fig．1Mechanicalmodelbasedonelasticthicknessplatetheoryforstabilityanalysisofrockwallbeforetunnelface在圓柱坐標(biāo)系下，取彈性厚板中一微單元體rdrdθ，如圖2所示。根據(jù)z方向力的平衡條件ΣFz=0和軸向彎矩平衡條件ΣMθ=0，可得如下方程:圖2掌子面巖墻微元體受力示意Fig．2Loadingsketchofrockwallelement1374地下空間與工程學(xué)報(bào)第13卷
【作者單位】： 河南理工大學(xué)土木工程學(xué)院;中交第一公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司;
【基金】：國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(973)項(xiàng)目(2013CB036003) 國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(51778215)
【分類號(hào)】：U455.49

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本文編號(hào)：2521504