郑万铁路岩溶隧道突水力学机理及处治措施研究

（1）根据小三峡隧道前期地质勘察工程地质和水文地质资料，总结了小三峡隧道围岩岩体结构特点和隧道沿线的岩溶发育特征，在此基础上提出了岩溶隧道围岩岩体结构的概化模型，为后续研究岩溶隧道突水机理奠定了基础。

（2）在岩溶隧道围岩岩体结构概化模型的基础上采用离散元3DEC软件建立了小三峡隧道围岩岩体水力模型，针对小三峡隧道围岩周围存在隐伏空溶洞、隐伏充水溶洞的情况，考虑溶洞与隧道的空间位置不同，设置了6种典型工况，

计算了溶洞与隧道间存在不同间距时隧道围岩的位移和应力变化规律；然后在此基础上考虑围岩渗流场的影响，计算了隧道围岩位移、应力和岩体孔隙水压力规律，为后续分析岩溶隧道突水判据奠定了基础。

（3）在分析岩溶隧道典型突水机理的基础上，针对小三峡隧道围岩节理发育的特点，提出了小三峡隧道围岩突水的剪切破坏和劈裂破坏机理，并采用断裂力学研究方法提出了基于剪切破坏和劈裂破坏机理的临界水压力计算公式；然后在此基础上，采用有限元方法建立岩溶隧道平面应变模型，研究了当岩溶位于隧道拱顶、掌子面前方和隧道底部时，避免岩溶隧道围岩突水的*小防突层厚度，为指导小三峡隧道施工提供了技术支持。

（4）在介绍岩溶隧道突水防治的基础上，针对小三峡隧道的特点，开展了小三峡隧道突水预防超前地质预报方法和注浆防治措施研究，研究成果可为小三峡隧道施工中的岩溶突水灾害提供技术指导。

本书是列入四川省2019-2020年重点出版规划项目“西南山区高速铁路建设工程技术研究丛书”中的一本。本书结合郑万铁路现场施工实际以及作者在渝黔、渝万和宜万铁路工程等典型岩溶隧道的实践经验编写而成。全书以郑万铁路小三峡隧道为研究背景，系统研究了小三峡隧道围岩结构特点和水文地质条件，提出隧道围岩概化模型和岩体水力模型建立方法，探讨了溶洞对隧道围岩稳定性的影响，分析了岩溶隧道围岩防突水岩层厚度计算公式，在此基础上，结合小三峡隧道工程施工中所遇到的实际情况提出了岩溶隧道突水问题的防治措施。全书兼具理论性和实践性，其研究成果对岩溶地区隧道工程施工有重要的指导意义。

张桥，渝黔铁路有限责任公司高级工程师；主要从事高速铁路岩土工程的研究工作；负责和参与完成省部级以上科研项目4项，2016年获得中国施工企业管理协会科技创新成果二等奖。

1 绪 论 1

1.1 研究背景与意义 1

1.2 国内外研究现状 2

1.3 本书主要研究内容 25

2 工程概况 27

2.1 工程项目自然特征 27

2.2 项目工程特点 31

2.3 小三峡隧道工程地质和水文地质条件 33

3 小三峡岩溶隧道围岩岩体结构概化模型研究 44

3.1 小三峡岩溶隧道围岩岩体结构概化概述 44

3.2 小三峡隧道围岩结构特点 45

3.3 小三峡隧道沿线岩溶分析 46

3.4 隧道围岩岩体结构概化模型 49

3.5 本章小结 52

4 小三峡岩溶隧道围岩岩体水力模型研究 53

4.1 小三峡岩溶隧道围岩岩体水力情况概述 53

4.2 岩溶隧道围岩岩体水力分析模型 53

4.3 岩溶隧道隐伏空溶洞的围岩力学特性 62

4.4 岩溶隧道隐伏充水溶洞的围岩力学特性 78

4.5 考虑渗流场和隐伏充水溶洞的岩溶隧道围岩力学特性 102

4.6 本章小结 112

5 小三峡岩溶隧道突水评价判据及防突层计算研究 113

5.1 突水评价判据概述 113

5.2 岩溶隧道突水机理分析 113

5.3 考虑渗流影响的隧道围岩失稳突水力学判据 114

5.4 岩溶隧道*小防突层厚度计算 117

5.5 本章小结 131

6 小三峡岩溶隧道突水灾害注浆防治措施研究 132

6.1 岩溶隧道突水灾害注浆防治概述 132

6.2 岩溶隧道突水防治原则 132

6.3 岩溶隧道突水注浆封堵措施 136

6.4 本章小结 152

7 结 论 154

附录 156

附录一 隐伏空溶洞对隧道围岩应力和位移影响的计算结果 156

附录二 隐伏充水溶洞对隧道围岩应力和位移影响的计算结果 160

附录三 考虑渗流影响的隧道围岩应力、位移和孔压计算结果 164

参考文献 167