富水砂化白云岩地层隧道掌子面突水涌砂机制及处治对策研究
富水“砂化”白云岩地层作为一种由岩溶导致的不良地质体，在隧道的修建过程中极易诱发突水涌砂灾害，并且造成了大量的经济损失。目前对于富水“砂化”白云岩地层的突水涌砂机制还没完全探明，且没有合适的防突厚度计算方法，缺乏有效的突水涌砂防治对策。为了服务于工程建设，本文依托成昆复线吉新隧道工程，采用现场调研、室内试验、相似模型试验以及数值模拟等手段，总结了富水“砂化”白云岩突水涌砂致灾体系的构成，揭示了白云岩“砂化”原因，探究了“砂化”白云岩与未“砂化”白云岩的物理力学差异，总结了富水“砂化”白云岩地层隧道的几种突涌机制，构建了富水“砂化”白云岩防突厚度计算公式，最终结合工程实践提出富水“砂化”白云岩地层隧道的突水涌砂防治对策。本文主要研究内容如下： （1）通过对现场突涌事故以及相关地质资料的调研，结合物探和地质观测手段，对富水“砂化”白云岩的致灾构造进行总结分析，明确了富水“砂化”白云岩地层蓄水结构与防突结构的特征。 （2）通过XRD衍射试验、电镜试验、切片试验以及水质检测，总结出白云岩“砂化”成因为具碎裂岩化不等粒细晶—泥晶结构白云岩水岩作用后的溶蚀现象。借助物理力学试验，得到了“砂化”白云岩与未“砂化”破碎白云岩的物理力学特性差异巨大，未“砂化”破碎白云岩受节理裂隙影响为软岩，“砂化”白云岩丧失骨架结构，具有多孔可透水特点。 （3）通过开发富水“砂化”白云岩突水涌砂模拟系统，对不同“砂化”占比下的隧道开挖过程中的应力场、涌水量、掌子面劣化情况进行监测，总结了隧道涌突的不同模式。其中未“砂化”白云岩为防突体裂缝发育破坏后诱发突水涌砂的渐进型突涌，随着“砂化”条带的出现突涌模式逐步转变为“砂化”位置的渗透破坏诱发的突涌。 （4）通过对影响防突体厚度的五个主要因素（“砂化”面积占比、未“砂化”围岩破碎程度、隧道埋深、蓄水结构水压、蓄水结构尺寸）展开探究。得到对防突体厚度影响强弱程度排序为：“砂化”白云岩面积占比＞未“砂化”围岩破碎程度＞隧道埋深＞蓄水结构水压＞蓄水结构尺寸。并最终通过多元非线性拟合得到五因素影响下的防突厚度计算公式。 （5）针对富水“砂化”白云岩地层致灾构造特点以及富水“砂化”白云岩突涌机制，提出预报超前、排水降压、精准注浆、敏捷管控的施工控制四原则。并针对四原则，构建了相应的施工对策。
铁路隧道;砂化白云岩;富水地层;突涌机制;防突厚度;碎裂岩
西南交通大学
硕士
桥梁与隧道工程
王志杰
2022
中文
U459.1
2022-12-13（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）