隧道施工诱发土洞型地表塌陷形成机制分析

基于岩溶区隧道施工过程中土洞型地表塌陷事故频发的现状,对隧道施工诱发土洞型塌陷影响因素及形成机制进行研究。对土洞型地表塌陷上覆层进行受力分析,提出了考虑隧道爆破荷载影响的土柱稳定系数计算方法,应用该计算方法对新发寨隧道岩溶场地3处土洞型塌陷进行稳定性与敏感性分析,表明地下水位变化引起的真空负压与爆破荷载是新发寨隧道地表发生塌陷的重要诱因。通过数值模拟建立了无渗流模式与完全流固耦合模式土洞扩展及地表塌陷模型,结果表明:地下水的潜蚀作用对土洞扩展以及地表塌陷的影响非常显著,无渗流模式与完全流固耦合模式,模拟土洞上覆层为12 m厚粉质黏土时,地表发生塌陷的土洞半径由5.5 m降至3.5 m;地下水潜蚀作用下,地表发生塌陷时的数值特征为地表(或土洞)沉降曲线出现突变、剪应力低数值区基本消失、塑性区贯通地表。