高水压隧道衬砌

衬砌安全系数仅侧方30%

通过应力-变形演化规律揭示，该衬砌在顶部溶洞高水压下的渐进破坏分为渗水、开裂、扩展和局部失效四阶段，位移呈“樱桃形”分布且向溶洞侧内凹。

An, Pengtao · Xiong, Liu · Ma, Shaokun · JiaBing, Zhang · 79022110 · 傅鹤林

Tunnelling and Underground Space Technology 2026

具体参数

顶部溶洞下衬砌拱顶安全系数相对值

{'zh': '30', 'en': '30'} %

拱顶位移（0.5 MPa水压）

{'zh': '0.85', 'en': '0.85'} mm

拱顶位移（3 MPa水压）

{'zh': '18.12', 'en': '18.12'} mm

拱顶位移增长率（0.5→1.0 MPa）

{'zh': '158', 'en': '158'} %

拱顶位移增长率（1.0→1.5 MPa）

{'zh': '144', 'en': '144'} %

拱顶位移增长率（1.5→2.0 MPa）

{'zh': '72', 'en': '72'} %

拱顶位移增长率（2.0→2.5 MPa）

{'zh': '46', 'en': '46'} %

拱顶位移增长率（2.5→3.0 MPa）

{'zh': '35', 'en': '35'} %

技术优势

最不利位置明确

当溶洞位于隧道正上方时，衬砌结构处于最不利状态，其安全系数仅为侧方或下方溶洞的约30%。

渐进破坏四阶段

衬砌在高水压下的破坏过程可分为渗水、开裂、扩展和局部失效四个阶段，为分级预警提供判据。

位移“樱桃形”分布

衬砌位移呈“樱桃形”分布且向溶洞侧内凹，距溶洞越近变形越大，可直观定位高风险区。

应用场景

• 隧道支护设计：为岩溶区衬砌参数设计提供最不利工况量化依据。
• 岩溶地层施工安全评估：以四阶段破坏过程指导施工期支护时机与加固方案。
• 地下结构抗水压优化：通过“枫叶形”应力分布识别局部薄弱区，优化抗水压配筋。