53m，相差11. 57m。该段围岩等级为II级，根据现有资料，该 隧道处围岩侧压力系数为I. 1~1. 6,该段隧道平均埋深为120m，溶洞跨度为30m，隧道断面 宽7. 5m，溶洞为干溶腔，内部无充填碎石、泥沙和水[1]。令水压力ρ = 0,岩体抗拉强度、抗 压强度及重度分别为0. 6MPa、12MPa、26kN/m3。
[0183] 根据分析所知，当溶腔分布于隧道顶部时，水压力在小于I. SMPa时应该按抗弯强 度公式验算。
[0184] 当岩盘厚度为完整岩体时：
[0185]
[0186] 当岩盘厚度为非完整岩体时：取L1= L，此时的安全厚度值是最有利的。
[0187]
[0188] 实际中采用的距离为11. 57m，可见设计资料中提供的安全厚度是可靠的，溶洞不 会对隧道开挖施工产生灾害性的影响，为确保施工和运营安全，应做好该岩溶段隧道拱顶 的变形量测，发现异常及时采取措施予以加固。
[0189] 实施例2 :
[0190] 宜万线大支坪隧道位于恩施州巴东县大支坪镇，I线全长8775m、II线全长 8789m，最大埋深495m，纵坡为人字坡：进口段II线右侧30m设置长3991m的排水洞。不良 地质主要是岩溶、瓦斯、断层破碎带等，在唐坪向斜核部、栖霞组底部、长兴组、大冶组底部 以及断层附近均为岩溶集中发育和岩溶水富集地段，可能发生突水、突泥岩溶灾害。990大 型富水溶腔共包括：I 线 DK132+947 ~+957、DK133+006 ~+027 段、II 线 IIDK132+913 ~ +921、DK132+973~+997段发育大型富水充填溶洞，合并简称"990溶腔〃。基本上沿层面 及岩层走向发育，I、II线溶洞连通，尖灭于排水洞左边墙。其中I线左侧（以至万县方向 为基准方向）DK132+960~+980段有大型富水充填溶腔发育，溶腔充填物主要为砂夹卵砾 石。
[0191] 隧道最大埋深495m，II级围岩，溶腔与地表岩溶洼地通过岩溶管道、裂隙相通，地 下水受大气降水控制，补给条件良好，降雨后雨水补给地下水较迅速，一般雨后8~12小时 地下水开始明显增大，停雨后1~3天内地下水很快恢复正常，降雨量、溶洞水压与时间关 系。溶洞段水压虽受降雨的影响，但是由于该溶洞被砂夹卵砾石充填，观测到的水压力为溶 腔充填物的渗透水压力，最大水压〇. 24MPa。
[0192] 溶腔分布于隧道左侧，充填物容重为24. 5kN/m3,溶腔跨度15m，高8m，岩石单轴抗 压强度为10. 5MPa，抗拉强度为IMPa。岩体许用抗剪强度取为0. 09倍的岩体抗压强度，为 0. 945MPa。分析可知：
[0193] 当岩盘厚度为完整岩体时取公式（3-21)进行验算：
[0194]
[0195] 当岩盘厚度为非完整岩体时：取匕=。，得出极限安全厚度值，取公式（3-29)进行 验算：
[0196]
[0197] 实际在DK132+960~+980段富水充填溶腔距离大支坪隧道I线左侧（以万县方 向为基准方向）边墙距离为3~5m，由上述计算的岩盘安全厚度知，在该段隧道施工时，极 有可能发生突水、突泥等岩溶灾害。施工中根据岩溶发育情况、水文地质条件，综合考虑施 工及运营安全等多种因素，遵循"排水降压、注浆加固、超前支护、综合治理"的原则进行综 合处理，顺利通过了该侧部富水充填溶腔影响段。
[0198] 上面结合附图对本发明的【具体实施方式】进行了详细说明，但本发明并不限制于上 述实施方式，在不脱离本申请的权利要求的精神和范围情况下，本领域的技术人员可以作 出各种修改或改型。
【主权项】
1. 一种岩溶隧道岩溶安全厚度计算方法，其特征在于，包括： A :将岩溶隧道与溶腔简化为结构力学模型，分别计算完整岩岩盘和非完整岩岩盘受到 的最大剪力和最大弯矩； B :将所述最大剪力、所述最大弯矩代入抗弯强度公式中，得到基于抗弯强度的安全厚 度计算公式； C :将所述最大剪力、所述最大弯矩代入抗剪强度公式中，得到基于抗剪强度的安全厚 度计算公式； D :引入修正系数n，对所述基于抗弯强度的安全厚度计算公式和所述基于抗剪强度的 安全厚度计算公式进行修正。2. 根据权利要求1所述的一种岩溶隧道岩溶安全厚度计算方法，其特征在于，所述步 骤A包括： Al :计算溶腔位于隧道顶部时，所述完整岩岩盘和非完整岩岩盘受到最大剪力和最大 弯矩； A2 :计算溶腔位于隧道底部时，所述完整岩岩盘和非完整岩岩盘受到最大剪力和最大 弯矩； A3 :计算溶腔位于隧道侧部时，所述完整岩岩盘和非完整岩岩盘受到最大剪力和最大 弯矩。3. 根据权利要求2所述的一种岩溶隧道岩溶安全厚度计算方法，其特征在于，溶腔位 于隧道顶部时，所述完整岩岩盘受到的最大剪力和最大弯矩分别是：修正后的所述基于抗弯强度的安全厚度计算公式为：修正后的所述基于抗剪强度的安全厚度计算公式为：其中，q为溶腔水压力，γ为岩盘岩层重度，S为梁的厚度，即岩盘厚度，L为隧道水平 跨度，[σ ]为岩体许用抗弯强度，[τ ]为岩体许用抗剪强度。4. 根据权利要求2所述的一种岩溶隧道岩溶安全厚度计算方法，其特征在于，溶腔位 于隧道顶部时，所述非完整岩岩盘受到的最大剪力和最大弯矩分别是：修正后的所述基于抗弯强度的安全厚度计算公式为：修正后的所述基于抗剪强度的安全厚度计算公式为： CN 105160079 A 平乂不U 安氷 2/3 页其中，q为溶腔水压力，丫为岩盘岩层重度，S为梁的厚度，即岩盘厚度，L1为隧道水平 跨度，[σ ]为岩体许用抗弯强度，[τ ]为岩体许用抗剪强度。5. 根据权利要求2所述的一种岩溶隧道岩溶安全厚度计算方法，其特征在于，溶腔位 于隧道底部时，所述完整岩岩盘受到的最大剪力和最大弯矩分别是：修正后的所述基于抗弯强度的安全厚度计算公式为：修正后的所述基于抗剪强度的安全厚度计算公式为：其中，q为溶腔水压力，γ为岩盘岩层重度，S为梁的厚度，即岩盘厚度，L为隧道水平 跨度，[σ ]为岩体许用抗弯强度，[τ ]为岩体许用抗剪强度。6. 根据权利要求2所述的一种岩溶隧道岩溶安全厚度计算方法，其特征在于，溶腔位 于隧道底部时，所述非完整岩岩盘受到的最大剪力和最大弯矩分别是：修正后的所述基于抗弯强度的安全厚度计算公式为：修正后的所述基于抗剪强度的安全厚度计算公式为：其中，q为溶腔水压力，γ为岩盘岩层重度，S为梁的厚度，即岩盘厚度，L1为隧道水平 跨度，[σ ]为岩体许用抗弯强度，[τ ]为岩体许用抗剪强度。7. 根据权利要求2所述的一种岩溶隧道岩溶安全厚度计算方法，其特征在于，溶腔位 于隧道侧部时，所述完整岩岩盘受到的最大剪力和最大弯矩分别是：修正后的所述基于抗弯强度的安全厚度计算公式为：修正后的所述基于抗剪强度的安全厚度计算公式为：其中，P为溶腔内与隧道拱顶等高处水压力，q为溶腔内充填物沿竖直方向压力，h为隧 道顶底部高度，P为溶腔内充填物密度，[σ]为岩体许用抗弯强度，[τ]为岩体许用抗剪 强度。8.根据权利要求2所述的一种岩溶隧道岩溶安全厚度计算方法，其特征在于，溶腔位 于隧道侧部时，所述完整岩岩盘受到的最大剪力和最大弯矩分别是：修正后的所述基于抗弯强度的安全厚度计算公式为：修正后的所述基于抗剪强度，的安全厚度计算公式为：其中，P为溶腔内与隧道拱顶等高处水压力，q为溶腔内充填物沿竖直方向压力，比为 隧道顶底部高度，P为溶腔内充填物密度，[σ]为岩体许用抗弯强度，[τ]为岩体许用抗 剪强度。
【专利摘要】本发明公开了一种岩溶隧道岩溶安全厚度计算方法，包括：A：将岩溶隧道与溶腔简化为结构力学模型，分别计算完整岩岩盘和非完整岩岩盘受到最大剪力和最大弯矩；B：将所述最大剪力、所述最大弯矩代入抗弯强度公式中，得到基于抗弯强度的安全厚度计算公式；C：将所述最大剪力、所述最大弯矩代入抗剪强度公式中，得到基于抗剪强度的安全厚度计算公式；D：引入修正系数n，对所述基于抗弯强度的安全厚度计算公式和所述基于抗剪强度的安全厚度计算公式进行修正。本发明的一种岩溶隧道岩溶安全厚度计算方法，提出了一套较完整的理论计算方法来计算岩溶隧道岩盘安全厚度，保证了岩溶区隧道的安全性，有效防止突水突泥等岩溶地质灾害的发生。
【IPC分类】G06F17/50
【公开号】CN105160079
【申请号】CN201510490047
【发明人】张军伟, 陈瑶瑶, 曾艺, 马小杰, 梅志荣, 钱进
【申请人】西南石油大学
【公开日】2015年12月16日
【申请日】2015年8月11日