高风险岩溶隧道掌子面突水机制研究

在我国西部强岩溶地区，越来越多的长大深埋隧道潜在突水、突泥的风险，由于隐伏岩溶水体位置、规模以及体量的不确定性，突水模式与类型异常复杂，隧道掌子面的突水风险系数极高。对于隧道开挖后围岩结构完整性较好的掌子面，在特大体量隐伏岩溶水体作用下，当开挖面进入安全厚度内迅速发生破断突水，具备明显的突变特征。针对隧道掌子面发生破断突水的突变特征，采用数值手段探讨了施工条件对突水突变现象的影响。将隧道简化为圆形，建立了掌子面失稳的折叠突变模型，通过对系统势能函数的分析，推导了隧道掌子面发生破断的突水条件和最小安全厚度计算公式，基于系统势能突变控制参数灾变演化路径的分析，提出了掌子面突水的具体防治措施，并结合工程实例验证了其可行性。