李金奎， 顏志堅(jiān)

(大連大學(xué)建筑工程學(xué)院，大連 116000)

盾構(gòu)法是城市地鐵工程建設(shè)常用的施工方法，巖溶地質(zhì)區(qū)域中盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)容易造成盾構(gòu)機(jī)陷落、傾覆、掌子面坍塌及地面沉陷等事故，對(duì)隧道前方溶洞對(duì)盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)施工影響分析研究具有重要理論價(jià)值和工程實(shí)踐意義。近年來(lái)，相關(guān)學(xué)者、工程技術(shù)人員進(jìn)行了大量相關(guān)研究。高壇等[1]利用MIDAS GTS建立溶洞處于隧道不同方位的有限元模型，考慮圍巖、側(cè)壓力系數(shù)等5個(gè)因素對(duì)隧道與溶洞安全距離影響進(jìn)行正交數(shù)值模擬分析，得到不同方位溶洞的安全距離預(yù)測(cè)模型；李海港等[2]利用FLAC3D數(shù)值模擬分析了隧道前方大型溶洞應(yīng)力疊加和圍巖變形；李培楠等[3]針對(duì)深圳軌道交通3號(hào)線區(qū)間工程建立了溶洞和地鐵隧道的三維有限元模型，從溶洞位置、溶洞大小、與隧道的凈距3個(gè)因素分析了地鐵施工圍巖的穩(wěn)定性影響，得到該3個(gè)因素對(duì)圍巖變形、塑性區(qū)以及主應(yīng)力分布等均有較大影響的結(jié)論；趙宏國(guó)[4]利用三維有限差分軟件針對(duì)頂部溶洞對(duì)新修地鐵影響這一問(wèn)題進(jìn)行了流固耦合分析、不同溶洞規(guī)模下的地表沉降、溶洞變形、結(jié)構(gòu)受力分析等，并提出相應(yīng)的巖溶處理辦法；潘青等[5]模擬溶洞分布對(duì)盾構(gòu)隧道穩(wěn)定性的影響，以溶洞直徑、方位、與隧道凈距為計(jì)算變量，分析隧道沉降、水平收斂、受力等情況；雷金山[6]基于廣州地鐵建設(shè)工程，分析了溶洞的發(fā)育及分布規(guī)律，運(yùn)用試驗(yàn)和數(shù)值模擬針對(duì)隱伏型溶洞對(duì)地鐵隧道穩(wěn)定性進(jìn)行分析研究，并提出了處置措施。

針對(duì)地鐵巖溶隧道的研究多集中在隧道橫斷面內(nèi)溶洞規(guī)模、方位、與隧道距離對(duì)地鐵隧道的影響分析，且溶洞填充物性質(zhì)考慮欠缺。前方溶洞對(duì)盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)的施工影響鮮有研究?，F(xiàn)基于大連地鐵5號(hào)線盾構(gòu)工程，采用理論分析、數(shù)值模擬及工程量測(cè)的研究方法，對(duì)隧道前方溶洞處理前后對(duì)盾構(gòu)掘進(jìn)掌子面的圍巖、溶洞圍巖及上覆地層變形、塑性區(qū)進(jìn)行分析，明確前方溶洞對(duì)盾構(gòu)掘進(jìn)的影響規(guī)律。

1 理論分析

1.1 盾構(gòu)上方土體豎向位移分析

盾構(gòu)掘進(jìn)的不同施工階段掌子面土體由于掘進(jìn)面的附加推力、刀盤切削土體、盾殼對(duì)土體的擠壓作用、注漿壓力、盾尾建筑間隙使得土體經(jīng)歷加荷和卸荷的過(guò)程，盾構(gòu)機(jī)前方土體存在主動(dòng)土壓力、被動(dòng)土壓力狀態(tài)的土體應(yīng)力過(guò)程轉(zhuǎn)化過(guò)程，進(jìn)而導(dǎo)致了掌子面圍巖擠壓和卸載及地表隆起和下沉。陳禹臻等[7]采用解析方法研究了盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過(guò)程中的受力狀態(tài)，研究了掘進(jìn)工作面土壓力、盾殼摩擦阻力的解析計(jì)算方法，并與數(shù)值算例進(jìn)行了驗(yàn)證分析；林存剛等[8]采用Mindlin理論，推導(dǎo)出了軟土地層盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)時(shí)正面推力引起的地表豎向位移公式，如式(1)所示，并在杭州慶春路過(guò)江隧道盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中得到應(yīng)用和驗(yàn)證。

(1)

(2)

(3)

式中：w為前方某點(diǎn)的豎向位移，m；r和θ為掘進(jìn)面一點(diǎn)到中心的距離(m)和角度(℃)；q為均勻作用在開挖面的掘進(jìn)面壓力，kPa；G為土體的剪切模量，kPa；ν為泊松比；H為隧道軸線埋深，m；x,y,z為待求豎向位移點(diǎn)。可以看出，在隧道埋深、隧道尺寸、掘進(jìn)面推力等條件一致情況下，當(dāng)隧道前方存在溶洞時(shí)減弱了前方土體的力學(xué)性質(zhì)，剪切模量會(huì)有一定程度折減，導(dǎo)致地表豎向位移值和洞頂豎向位移值增大。

參考文獻(xiàn)[9-10]盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)后由于掌子面開挖引起的地表沉降位移公式Peck公式預(yù)測(cè)?；诂F(xiàn)場(chǎng)地表監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和Peck公式擬合，可對(duì)溶洞處理后的地表沉降進(jìn)行預(yù)測(cè)，為類似情況施工提供參考。Peck公式如式(2)所示。

(4)

式(2)中：s為地表沉降值，m；y為橫斷面計(jì)算點(diǎn)到隧道中心線的距離，m；smax為地表最大沉降值，m；i為沉降槽寬度，m。對(duì)上述公式兩邊取對(duì)數(shù)[9]，基于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行線性回歸分析可得到參數(shù)smax和i。

1.2 溶洞與掘進(jìn)面巖體穩(wěn)定性分析

隧道前方存在著溶洞時(shí)，當(dāng)盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)靠近溶洞時(shí)，盾構(gòu)機(jī)對(duì)掘進(jìn)面巖體的附加推力會(huì)使溶洞與掌子面之間巖體出現(xiàn)應(yīng)力集中，而溶洞附近巖體完整性及強(qiáng)度較差，極易進(jìn)入塑性狀態(tài)或失穩(wěn)破壞。為了便于分析盾構(gòu)機(jī)前方巖體的穩(wěn)定性，對(duì)溶洞和巖體假設(shè)為無(wú)填充或填充物散碎無(wú)洞壓存在、巖體完整且連續(xù)各向同性介質(zhì)、盾構(gòu)推力和水土壓力差簡(jiǎn)化為均布荷載作用在掘進(jìn)面上，建立的力學(xué)分析模型如圖1所示。根據(jù)文獻(xiàn)[11-12]分別基于最大拉應(yīng)力理論和剪切破壞理論建立安全厚度計(jì)算公式，如式(3)和式(4)所示，并在實(shí)際工程案例中得到驗(yàn)證。

圖1 巖土安全厚度力學(xué)分析模型Fig.1 Mechanical analysis model of safety thickness of rock and soil

(3)

(4)

式中：S、ν、R、σt、q分別為安全厚度(m)、泊松比、溶洞半徑(m)、巖體抗拉強(qiáng)度(kPa)、掘進(jìn)面壓(kPa)；λ、γi、Hi、A、C、φ、c分別為側(cè)壓力系數(shù)、土體容重(kN·m-3)、巖層厚度(m)、溶洞周長(zhǎng)(m)、溶洞斷面面積(m2)、內(nèi)摩擦角(°)和黏聚力(kPa)。安全厚度S與巖體的力學(xué)性質(zhì)、巖體應(yīng)力、溶洞尺寸、掘進(jìn)面壓有關(guān)，在其他參數(shù)保持一定的情況下隨著溶洞尺寸的增大所需安全厚度越大。

2 工程概況

大連地鐵5號(hào)線后鹽站至后關(guān)村站區(qū)間全長(zhǎng)3 534.215 m，區(qū)間地形地貌復(fù)雜，沿線地勢(shì)起伏大，4.71 m到50 m不等。采用盾構(gòu)法施工，盾構(gòu)直徑為6.47 m，管片外徑6.2 m、厚0.35 m、環(huán)寬1.2 m。其地質(zhì)條件從地表往下依次為第四系覆蓋層，主要由素填土和黏土組成；中間部分為強(qiáng)風(fēng)化白云巖；下伏基巖為中風(fēng)化石灰?guī)r，節(jié)理裂隙較發(fā)育、有溶蝕現(xiàn)象，溶洞發(fā)育不規(guī)律，揭露洞高0.30～6.20 m，場(chǎng)地可溶巖區(qū)鉆孔見(jiàn)洞隙率為24.8%，巖溶發(fā)育等級(jí)為中等發(fā)育，填充物主要為軟塑黏性土、強(qiáng)風(fēng)化巖。區(qū)間部分隧道范圍內(nèi)溶洞如圖2所示，其中紅色閉合線為溶洞輪廓線。盾構(gòu)隧道穿越層主要為中風(fēng)化白云巖和中風(fēng)化石灰?guī)r，圍巖所處級(jí)別為IV～V。有關(guān)巖土力學(xué)參數(shù)如表1所示。

圖2 隧道范圍內(nèi)溶洞物探成像Fig.2 Geophysical imaging of karst caves in tunnel area

名稱容重/(kN·m-3)彈性模量/MPa泊松比內(nèi)摩擦角/(°)黏聚力/kPa素填土17.080.401510強(qiáng)風(fēng)化石灰?guī)r23.0200.273265中風(fēng)化石灰?guī)r27.02520.2438135

3 數(shù)值模擬試驗(yàn)

3.1 有限元模型

利用MIDAS GTS建立三維有限元模型，考慮到隧道施工的影響范圍和保證計(jì)算結(jié)果可靠，模型幾何參數(shù)選取70 m×40 m×50 m，上部素填土厚度取3.5 m，中間強(qiáng)風(fēng)化巖厚度取5 m，下部基巖為中風(fēng)化石灰?guī)r。巖土體選擇常用的理想彈塑性模型的Mohr-Coulomb本構(gòu)模型；隧道結(jié)構(gòu)和溶洞加固體選擇彈性結(jié)構(gòu)本構(gòu)模型。巖溶充填體力學(xué)參數(shù)、隧道結(jié)構(gòu)力學(xué)參數(shù)、盾殼參數(shù)[13]如表2所示。設(shè)定邊界條件為位移約束，在x、y方向進(jìn)行水平位移約束，底部為三向約束，頂部為自由邊界。

表2 溶洞充填物及結(jié)構(gòu)力學(xué)參數(shù)

為簡(jiǎn)化分析計(jì)算，將溶洞看作圓柱體。考慮到該區(qū)間的絕大多數(shù)溶洞規(guī)模和填充情況，設(shè)溶洞大小為無(wú)溶洞情況、1/4D、1/2D、1D，D表示隧道直徑。設(shè)填充物情況為無(wú)填充、填充物軟塑性黏土和強(qiáng)風(fēng)化巖、溶洞預(yù)處理后的注漿體。共計(jì)建立有限元模型工況為7個(gè)。以溶洞大小為1D、無(wú)填充情況為例，溶洞位置關(guān)系及建立的有限元模型(從隧道中心線剖切)如圖3所示。

為使計(jì)算結(jié)果更為合理，考慮對(duì)分析重點(diǎn)部位利用軟件功能進(jìn)行網(wǎng)格單元加密。根據(jù)施工的實(shí)際情況，設(shè)定盾構(gòu)掘進(jìn)壓力為300 kPa、注漿壓力為150 kPa，分別施加在盾構(gòu)掘進(jìn)面上、管片背面。由于盾構(gòu)管片長(zhǎng)為1.2 m，設(shè)開挖布距為管片長(zhǎng)度。按照施工步驟進(jìn)行開挖：第一步開挖土體和激活下一階段土體的推力；第二步激活盾殼單元；第三步開挖下一階段土體，并激活上一階段的襯砌和下一階段土體的推力，以此類推直至開挖完成。

3.2 數(shù)值模擬結(jié)果及分析

為了獲得隧道前方溶洞圍巖、掌子面及地表變形信息，在盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過(guò)程中記錄了溶洞圍巖、地表及掌子面的變形信息，如圖4所示。其中A點(diǎn)為溶洞正上方的地表觀測(cè)點(diǎn)，B點(diǎn)溶洞正上方的圍巖觀測(cè)點(diǎn)，C點(diǎn)為溶洞距盾構(gòu)最近點(diǎn)，D點(diǎn)為洞腰位置。

圖4 分析位置Fig.4 Analysis location

3.2.1 不同溶洞規(guī)模對(duì)觀測(cè)位置的影響

隧道盾構(gòu)掘進(jìn)面與溶洞距離從24 m到3 m逐漸減小時(shí)，由于洞內(nèi)填充物質(zhì)力學(xué)性質(zhì)差且松散，難以起到支撐作用，基于最不安全考慮無(wú)填充溶洞進(jìn)行模擬，在不同溶洞規(guī)模的工況下不同觀測(cè)位置的變化規(guī)律如圖5所示。

圖5 不同溶洞規(guī)模下觀測(cè)位置變形Fig.5 Observed position deformation under different cave sizes

地表隆起分析：圖5(a)表明無(wú)溶洞情況下，地表沉降規(guī)律表現(xiàn)為隨著開挖距離的減小，地表隆起逐漸增大，但在離掘進(jìn)面大約6 m時(shí)逐漸沉降，表明地表隆起最大值在掘進(jìn)面前方一定范圍，隨著施工進(jìn)行不斷向前轉(zhuǎn)移；當(dāng)溶洞小于等于1/4D時(shí)，溶洞上方地表的變形規(guī)律與無(wú)溶洞時(shí)一致；當(dāng)溶洞為1/2D時(shí)，掘進(jìn)面離溶洞大約7 m時(shí)，地表隆起值大于無(wú)溶洞、1/2D溶洞，但其變化趨勢(shì)與無(wú)溶洞相似；溶洞為1D時(shí)隨著施工推進(jìn)，地表最大隆起值大于前三者情況，隨后變化不大。分析表明溶洞存在會(huì)增大溶洞上方的地表隆起量，溶洞越大增量越明顯，但總的情況來(lái)看隧道前方存在溶洞與否對(duì)地表最大隆起量影響不大。

洞頂豎向位移分析：隨著施工不斷推進(jìn)，洞頂位置不斷向上運(yùn)動(dòng)，溶洞存在會(huì)增加溶洞洞頂豎向位移量且溶洞越大增加量越多，但是總的來(lái)看溶洞存在與否對(duì)洞頂豎向變形量影響很小，可忽略不計(jì)，其變化如圖5(b)所示。但值得注意的是靠近掘進(jìn)面的頂部和底部位置會(huì)出現(xiàn)沉降和隆起，與溶洞中間位置呈現(xiàn)相反的變化規(guī)律。

臨近點(diǎn)縱向變形分析：在無(wú)溶洞情況下，該點(diǎn)縱向位移值在距離不斷減少的過(guò)程中呈現(xiàn)緩慢增加，最終增加量不到10 mm；在溶洞存在情況下，越靠近溶洞位置時(shí)增加量越大，特別是1/2D、1D溶洞大小呈現(xiàn)非線性增長(zhǎng)，大約1 m的位置該點(diǎn)變形值分別達(dá)到30 mm和70 mm，為無(wú)溶洞時(shí)的4倍和9倍，其變化如圖5(c)所示，可認(rèn)為此時(shí)溶洞和掘進(jìn)面之間的巖體發(fā)生破壞。

洞腰水平位移分析：洞腰水平變形表現(xiàn)為向兩邊延伸變形；圖5(d)表明隨著施工距離的縮短，無(wú)溶洞情況和1/4D溶洞大小對(duì)洞腰水平位移影響不大；但隨著溶洞尺寸變大，洞腰水平位移增大，當(dāng)溶洞為1D、掘進(jìn)面距溶洞在大約5 m處開始，隨著距離縮短洞腰水平位移急速增大。

3.2.2 不同填充物對(duì)觀測(cè)位置的影響

隧道盾構(gòu)掘進(jìn)面與溶洞距離從24 m到3 m逐漸減小時(shí)，基于最不安全考慮最大填充溶洞進(jìn)行模擬，在不同填充物的工況下不同觀測(cè)位置的變化規(guī)律如圖6所示。

圖6 不同填充物下觀測(cè)位置變化規(guī)律Fig.6 Observed position deformation under different fillers

不同填充物對(duì)溶洞正上方地表隆起影響：兩種填充物下地表隆起值隨著開挖距離的縮短不斷增大，從7 m處開始溶洞填充較之無(wú)填充溶洞變化值更大，如圖6(a)所示，且填充物力學(xué)性質(zhì)越弱變化值越大，但保持相同的變化趨勢(shì)。

洞頂豎向位移分析：如圖6(b)所示，隨著開挖距離的縮短，溶洞存在填充物情況下較之無(wú)溶洞和無(wú)填充溶洞引起的洞頂向上變形值更大，且距離越短變化越為明顯；兩種填充變化趨勢(shì)一致，但填充物性質(zhì)越弱對(duì)洞頂位移影響越大。分析原因是由于在相同的荷載或應(yīng)力條件下較弱力學(xué)性質(zhì)的填充物更容易變形。

臨近點(diǎn)縱向變形分析：如圖6(c)所示，從約4 m處開始隨著開挖距離縮短，較之無(wú)填充溶洞，洞內(nèi)填充物會(huì)降低臨近點(diǎn)縱向變形值，且洞內(nèi)填充物力學(xué)性質(zhì)越強(qiáng)降低越多，這是由于填充存在會(huì)抵抗一部分變形；但在這兩種填充物情況下2 m處的變形值約為無(wú)溶洞時(shí)的3倍和7倍，所以溶洞存在填充物時(shí)對(duì)臨近點(diǎn)的影響還是不能忽視。

洞腰水平位移分析：如圖6(d)所示，在開挖距離小于5 m范圍內(nèi)洞內(nèi)兩種填充物會(huì)影響洞腰水平位移，且力學(xué)性質(zhì)弱的影響程度大于力學(xué)性質(zhì)強(qiáng)的影響程度。

通過(guò)上述不同工況的計(jì)算結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)，不同工況下會(huì)或大或小地影響各敏感部位的變形值，但總的變化趨勢(shì)是一定的，即在開挖距離的不斷減小下，溶洞變形表現(xiàn)為溶洞周圍巖體向四周延伸變形，但在溶洞臨近掘進(jìn)面的一處會(huì)向溶洞臨空面突出變形。

3.2.3 無(wú)填充溶洞規(guī)模對(duì)塑性區(qū)發(fā)展的影響

盾構(gòu)前方溶洞與盾構(gòu)掘進(jìn)面之間的土體發(fā)生破壞容易導(dǎo)致溶洞坍塌、盾構(gòu)機(jī)受力不平衡?；谏厦娴姆治霭l(fā)現(xiàn)，不同溶洞大小對(duì)它們之間土體塑性變形的發(fā)展有很大的影響。所以有必要進(jìn)一步探討溶洞大小對(duì)塑性區(qū)發(fā)展的影響。設(shè)置溶洞大小分別為1/4D、1/2D、3/4D、1D，在上述的邊界條件和地層力學(xué)參數(shù)條件下進(jìn)行模擬。根據(jù)剪切應(yīng)變判斷溶洞與掘進(jìn)面巖體是否發(fā)生破壞[1]。隨著盾構(gòu)掘進(jìn)靠近溶洞時(shí)，不同溶洞大小的條件下塑性區(qū)的貫通距離是不一致的，模擬結(jié)果表明溶洞越大，塑性區(qū)貫通時(shí)的距離越大。分析其原因?yàn)槎軜?gòu)掘進(jìn)面前方在正常掘進(jìn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一定范圍的塑性變形，而在施工接近溶洞時(shí)溶洞周圍的應(yīng)力分布更加復(fù)雜，在溶洞周圍也會(huì)產(chǎn)生塑性區(qū)(溶洞越大范圍越大)，此時(shí)兩者塑性連通后臨近掘進(jìn)面的溶洞臨空面會(huì)有較大變形，容易產(chǎn)生坍塌。

將溶洞大小作為橫坐標(biāo)、塑性區(qū)貫通距離或巖體安全厚度理論計(jì)算結(jié)果作為縱坐標(biāo)，畫出曲線圖，如圖7所示。在圖7中可以看出3種計(jì)算結(jié)果表明：溶洞大小與巖體安全厚度近乎呈線性關(guān)系，表明溶洞越大在相同巖體厚度情況越不穩(wěn)定；以剪切破壞理論計(jì)算的結(jié)果較小，可作為施工參考的上限值；以最大拉應(yīng)力理論計(jì)算的結(jié)果接近數(shù)值模擬結(jié)果，通過(guò)對(duì)巖體安全厚度的計(jì)算分析，可為前方溶洞超前處理和盾構(gòu)施工參數(shù)調(diào)整提供參考。

圖7 溶洞大小與巖體安全厚度的關(guān)系Fig.7 Relationship between cave size and rock mass safety thickness

3.2.4 溶洞處理前后對(duì)比

以該區(qū)間某一溶洞為例進(jìn)行溶洞處理前后的對(duì)比分析。該洞處于左線隧道盾構(gòu)掘進(jìn)范圍之內(nèi)，溶洞規(guī)模約為6 m、頂板埋深約16 m，填充物為軟塑性黏土。由于該溶洞為填充溶洞，填充物為流塑、軟塑狀黏性土，則采用注漿充填處理，注漿處理目的為使洞內(nèi)軟弱填充物形成具有一定強(qiáng)度的固結(jié)體。

將原本軟塑性黏土力學(xué)參數(shù)提高到固結(jié)體的力學(xué)參數(shù)進(jìn)行模擬計(jì)算，以變形最大的溶洞距掘進(jìn)面最近點(diǎn)為例(即C點(diǎn))進(jìn)行對(duì)比分析，縱向變形云圖如圖8所示。圖中顯示溶洞處理前溶洞周圍縱向位移達(dá)到21 mm，且向溶洞內(nèi)部形成一個(gè)巨大凹槽；溶洞處理后溶洞變形得到控制且未在溶洞周圍變形集中。計(jì)算結(jié)果表明隨著溶洞加固處理，內(nèi)部填充物的力學(xué)性質(zhì)得到增強(qiáng)，觀測(cè)點(diǎn)的變形能夠得到有效控制，降低地表過(guò)大沉降或隆起、溶洞坍塌的風(fēng)險(xiǎn)。

圖8 溶洞處理前后對(duì)比Fig.8 Comparison before and after karst treatment

4 監(jiān)測(cè)與數(shù)值模擬對(duì)比分析

(1)在對(duì)溶洞進(jìn)行處理后，盾構(gòu)施工至此處時(shí)，溶洞上方地表的位移動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)結(jié)果最終值穩(wěn)定在1.35 mm，而數(shù)值模擬結(jié)果是1.20 mm，表明處理后的溶洞于盾構(gòu)施工無(wú)異常情況。

(2)對(duì)盾構(gòu)掘進(jìn)完成后溶洞所處的橫斷面的沉降進(jìn)行分析：①溶洞上方地表橫斷面沉降實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和數(shù)值模擬結(jié)果如圖9所示，在圖9中可看出，數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)在10 m范圍內(nèi)變化趨勢(shì)一致，由于盾構(gòu)施工還受其他因素影響，數(shù)值模擬結(jié)果小于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)；②對(duì)斷面沉降實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行Peck公式擬合，通過(guò)線性回歸分析得smax、i分別為1.55 mm、10.1 m，擬合結(jié)果可為該區(qū)間類似情況施工提供地表沉降預(yù)測(cè)。

圖9 橫斷面地表沉降對(duì)比及Peck擬合Fig.9 Comparison and Peck fitting of surface subsidence in cross-section

5 結(jié)論

(1)隨著盾構(gòu)施工推進(jìn)，不同溶洞尺寸和溶洞填充物性質(zhì)對(duì)地表隆起、洞頂上方位移影響不大，但施工到一定距離作用下靠近施工面的溶洞頂部和底部表現(xiàn)較大的沉降和隆起；靠近掘進(jìn)面的溶洞壁會(huì)產(chǎn)生較大變形，隨著距離的減少，該變形會(huì)呈現(xiàn)非線性式的增長(zhǎng)且溶洞越大變形越大，此時(shí)溶洞與盾構(gòu)面之間的土體極不穩(wěn)定；溶洞拱腰部位水平位移為負(fù)值，即在頂部和底部的擠壓作用拱腰處向兩邊變形，其變化規(guī)律為距離的減小下不同尺寸和填充物小會(huì)呈現(xiàn)非線性增長(zhǎng)且溶洞越大變形越大。

(2)溶洞與掘進(jìn)面之間的安全厚度隨著溶洞尺寸的增大而近似線性增長(zhǎng)，基于剪切破壞的計(jì)算結(jié)果可作為上限值，基于最大拉應(yīng)力的計(jì)算結(jié)果更接近數(shù)值模擬結(jié)果。

(3)溶洞處理前后的數(shù)值模擬結(jié)果為靠近掘進(jìn)面的溶洞臨空面縱向變形得到有效控制；對(duì)溶洞進(jìn)行地表注漿處理，施工至此處時(shí)地表隆起值與數(shù)值模擬結(jié)果接近；對(duì)盾構(gòu)掘進(jìn)完成后橫斷面實(shí)測(cè)沉降曲線和數(shù)值模擬結(jié)果接近。