隧道拱顶大型溶洞回填厚度的研究

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1、第39卷，第5期公路工程Vo1．39，No．52014年10月HighwayEngineeringOct．，2014隧道拱顶大型溶洞回填厚度的研究周德军(贵州交通职业技术学院，贵州贵阳550008)[摘要】拱部溶洞落石会给隧道衬砌带来危害。在冲击荷载的基础上，对隧道拱部溶洞回填厚度进行了研究，通过计算分别得出了溶洞高度为lO、l5、20m时护拱的回填厚度，对类似的工程有一定的借鉴意义。[关键词]拱部；溶洞；落石；护拱；厚度[中图分类号]U457．5[文献标识码]A[文章编号】1674—0610(2014)05—0282—04TheRes

2、earchaboutBackfillThicknessofLargeCaveinTunnelVaultZH0UDejun(GuizhouPolytechnicCollegeofCommunications，Guiyang，Guizhou550008，China)[Abstract]Therockfallofcavearchwillbringharmfortunnellining．Baseonthebasisoftheim．pactload，itstudyonbackfillthicknessofthearchcaveintunne1．T

3、hebackfillthicknesswerewereob—tainedbycalculatingwhenthecaveheightis10，15，20m，whichhaveacertainsignificanceforthesimi—larprojects．[Keywords]arch；caves；rockfall；retainingarch；thickness在岩溶地区进行隧道的施工过程中，隧道拱顶②落石冲击速度。经常会碰到大的溶洞，处治方法通常为加强初期支=√2gH(2)护，泵送混凝土回填溶腔，回填厚度没有一定的标=,／1一Kco

4、ta(3)准，而二次衬砌这时一般不会施作，因为初期支护收式中：H为落石的高度，m；／x为系数，可按式(3)计敛变形尚未稳定且掌子面离溶洞区域太近。渡过溶算；为山坡坡度角，(。)；K为石块岩山坡滚动系洞段之后，隧道掌子面继续爆破开挖，在爆破震动的数。影响下，后方溶腔壁的岩石可能会发生松动而往下③落石冲击持续时间t。掉落，从而产生很大的冲击力，倘若溶腔混凝土回填厚度不够的话，那么冲击力可能导致初期支护严重t：=——(‘4)变形甚至开裂，从而影响后期二次衬砌的施工。本文在冲击荷载的基础上，对隧道拱顶溶洞回填厚度c一：√(1+)(1一2v)(5

5、)进行了研究。式中：h为缓冲回填体计算厚度，m；c为压缩波在缓1落石冲击荷载冲回填体中的往复速度，m／s；为回填体的泊松比；E为回填体的弹性模量；为回填体的重度，kN／m。①落石冲击力P可以按下式计算。根据公式(1)～式(5)得出：p一，l、I10。mg丌×}式中：P为落石冲击力，kN；Q为落石重力，kN；g为重力加速度，取9．8lm／s；为冲击时的速度，m／P：gt：2S；t为冲击持续时间，S。gh[收稿日期】2014—04—23[作者简介】周德军(1974一)，男，贵州思南人，副教授，主要从事公路设计、施工、试验检测等方面的研究。第

6、5期周德军：隧道拱顶大型溶洞回填厚度的研究283式中：m为落石的质量，kg，当落石垂直落下时，仅：对隧道初期支护的影响，以此来确定最优回填厚度。9O。，这时Kcota=0。在数值模拟中，冲击荷载可根据前文公式计算得出，以集中力的型式施加在初期支护上面，围岩采用实2隧道拱顶溶洞回填厚度研究体单元进行模拟，初期支护采用梁单元进行模拟，混隧道拱顶溶洞处治见图1。凝土护拱采用实体单元模拟，初期支护和护拱能共同承担落石荷载，材料参数见表l，模型图见图3。表1材料参数表Table1Materialparameters图I溶洞处治Figure1The

7、treatmentofcave拱顶溶洞处治方法一般为：初期支护加强，泵送C15混凝土回填溶腔，回填厚度一般1．5～3m，护拱嵌入围岩的厚度不小于0．5m。在考虑上述处治方法的基础之上，在溶腔顶部落石冲击荷载下，为了初期支护的安全，本文将探讨拱顶溶洞的高度分别为l0、l5、20m时溶腔回填厚度。本文做如下假设：42m①落石从溶腔顶部落下；图3网格模型Figure3Gridmodel②落石的质量为100kg；③围岩等级为V级，隧道埋深为30m。当护拱厚度为0．5m时，根据公式(6)得出：2．1溶腔高度为10mrl10]隧道断面见图2，初期支

8、护为25cm厚的C20mg丽×l喷射混凝土，二次衬砌为45cm厚的C25钢筋混凝土，护拱为Cl5素混凝土。采用地层结构法，利用P：：：gt2ghmidas数值计算软件进行计算，探讨了溶腔回1560kN，填厚