陸光福

（貴州省公路工程集團有限公司，貴州 貴陽 550001）

0 引言

近年來，國內(nèi)修建了越來越多的隧道，遇到的不良地質(zhì)條件也越來越多。當前，面對巖溶地區(qū)淺埋隧道圍巖在施工時的變形缺乏行之有效的控制方法[1]。當有巖溶洞存在于隧道圍巖中時，不僅會使圍巖強度有所降低，還會導致滲透水壓力有所上升[2]，給隧道施工造成較大的安全隱患[3]。一般情況下，巖溶隧道圍巖穩(wěn)定性均被看作強度問題，因此在巖溶隧道施工時，需通過數(shù)值模擬的方法建立模型，以分析各種施工條件下圍巖的變形情況，確保隧道施工安全。

1 工程概況

偏坡寨隧道位于貴州省金沙縣長壩鄉(xiāng)，設計為兩條分離式隧道，設計速度為100km/h。隧道最大埋深104.2m，進口端洞門形式均為直削式，出口端洞門形式均為端墻式，建筑限界為14.5m×5m。左線ZK83+065～ZK84+760 段縱坡為1.66%，右線YK83+055～YK84+745 段縱坡為1.68%。隧道穿越可溶巖地層，巖溶強發(fā)育，施工開挖揭露隱伏巖溶易產(chǎn)生涌水、突泥現(xiàn)象，應加強超前地質(zhì)預報，做好相關(guān)措施及應急預案，確保隧道及施工安全。且場區(qū)地表分布較多的地表溶洞、巖溶洼地、巖溶泉點，物探巖溶異常，鉆探揭露巖溶情況，綜合判定場區(qū)為巖溶強發(fā)育。

2 施工分析

2.1 溶洞填充對隧道變形控制分析

圖1 隧道施工方案

結(jié)合現(xiàn)有的巖溶治理技術(shù)以及該隧道的地質(zhì)性質(zhì)，通過混凝土注漿的方式對溶洞進行填充。該種施工技術(shù)有較為簡單的工藝，且有明顯效果。但當前還存在一些不足：因溶洞較為隱蔽，且受限于注漿技術(shù)，在項目施工時容易有不充分注漿或注漿過量的情況出現(xiàn)，不充分注漿會導致塌陷等工程事故出現(xiàn)，注漿過量又會導致施工成本有所增加，甚至會加大施工難度。簡化隧道的溶洞模型：在隧道底部約3m 的位置有溶洞存在，尺寸約有8m 的跨度。隧道施工步驟如圖1 所示。通過模擬，對隧道30m 深度的截面圍巖和支護變形與受力情況進行分析。

（1）圍巖變形分析

隧道位移在溶洞不同填充程度下有基本一致的變化情況，在0.25 到0.75 的填充程度下，隧道拱頂沉降和底部隆起均有所降低，在0.75 到1.00 的填充程度下，在總變形中，隧道拱頂約有28%的占比，隧道底部約有65%的占比，對比開挖時的變形量可知注漿的完整性非常重要，此外為確保隧道拱頂?shù)姆€(wěn)定應采取超前加固措施。對圍巖應力進行分析可知，隧道的水平收斂值隨著不斷增大的填充程度而不斷減小，但變形量僅為0.3mm，表明對于隧道的圍巖水平位移而言，通過注漿的方式對隧道底部溶洞進行填充能夠發(fā)揮控制作用，但影響較小。

（2）支護結(jié)構(gòu)應力分析

從模擬結(jié)果可知，隧道支護結(jié)構(gòu)在填充程度不同的情況下有相似的受力，隧道的最大主應力值隨著填充程度的不斷增加而有所增長，和施工時的變形情況基本一致。從初期支護受力情況上看，應施加一定預防措施，以確保結(jié)構(gòu)處于安全狀態(tài)。

2.2 圍巖加固對淺埋隧道變形控制對比分析

（1）拱頂沉降

對于隧道的拱頂下沉而言，不同的支護方式會產(chǎn)生不同的影響。隧道拱頂在各支護方式下有基本一致的沉降趨勢，但對于拱頂下沉而言，不同支護方式下的控制效果也有所不同。采用超前小導管以及大管棚進行支護能夠使隧道施工時拱頂沉降和突變均有所減小。

（2）地表沉降

從控制地表沉降的角度上看，支護方式對其有重要影響。隧道施工到隧道中線20mm 的位置時對地表有最大的影響，約有2mm 的沉降值，在20m 的范圍之外時，地表沉降均在2mm以內(nèi)，僅有較小的影響。

（3）水平收斂

隧道拱腰在不同支護方式中有不同的最終收斂值，在無超前支護時該值為7.6mm，在超前小導管支護時該值為7.05mm，在超前大管棚支護時該值為5.35mm，相比于超前小導管，采用超前大管棚的方式進行支護時對拱腰變形的抑制效果約為其四倍多。在具體施工時可結(jié)合現(xiàn)場的實測數(shù)據(jù)合理確定支護方式，確保有經(jīng)濟合理的施工進度。

（4）應力分析

隨著不斷增加的支護強度，初期支護可承受的最大主應力不斷降低。在無初期支護的條件下施工時約有3.13MPa 的最大主應力，比C30 混凝土軸心抗壓強度要大，且該應力處于隧道的右拱頂處，超出規(guī)范要求。對于初期支護而言，施加小導管支護可使其應力得到約70%的降低，約有0.93MPa 的應力值，使拱頂初期支護應力得到有效降低，使初期支護可有效承受。隧道應力值施加超前大管棚支護的條件下約有82%的減小，對于初期支護上的應力而言，不同的支護方式下有基本相似的變化情況。建議在該隧道施工時，通過小導管支護的方式加固圍巖。

2.3 循環(huán)進尺對地形變化控制對比分析

對于工程工期以及施工質(zhì)量而言，循環(huán)進尺有重要意義。本文對隧道位移和應力在不同循環(huán)進尺條件下的變化情況進行分析，探討在30cm 初期支護厚度和15GPa 彈性模量的條件下，不同循環(huán)進尺所產(chǎn)生的影響。

（1）施工關(guān)鍵節(jié)點拱頂沉降

對于隧道的拱頂變形而言，開挖進尺對其有重要的控制作用，通過完工后隧道拱頂沉降的趨勢進行分析可知，在完成初期支護施工后，隨著不斷向前的掌子面，監(jiān)測點有基本一致的變化情況，導致在具體施工時，開挖進尺是否合理對變形控制效果有較大的影響。

（2）水平收斂

隧道模型拱腰水平收斂的情況，所得結(jié)果如表1 所示。

表1 不同循環(huán)進尺拱腰水平收斂值（單位：mm）

隧道拱腰收斂值在開挖進尺不同的情況下有著比拱頂更小的數(shù)值，并且水平收斂隨著不斷增加的開挖進尺表現(xiàn)出不斷增加的趨勢，1.0m 和1.5m 的循環(huán)進尺條件下，比起0.5m 的循環(huán)進尺有著更大的水平收斂，總體上，拱腰收斂受開挖進尺的影響較小。

（3）應力變化

拱頂和拱腰是初期支護最大主應力所出現(xiàn)的位置。初期支護最大主應力在開挖進尺不同時的變化情況如表2 所示。

表2 不同循環(huán)進尺隧道最大主應力表（單位：kPa）

初期支護拱頂在越大的循環(huán)進尺條件下，需要承受越大的最大主應力，拱腰則越小。隨著不斷增加的循環(huán)進尺拱頂支護的最大主應力也在不斷增加，在較大的循環(huán)進尺下，初期支護所產(chǎn)生的最大主應力已經(jīng)在軸心抗拉強度標準值之上，有破壞產(chǎn)生。因此建議以1.0m 作為隧道的循環(huán)進尺。

3 結(jié)語

通過以上分析，所得結(jié)論為：

（1）在溶洞全填充的情況下有著更好的控制效果，且填充底部溶洞主要是控制隧道的豎向位移。隧道填充難免會增加支護結(jié)構(gòu)應力，因此為確保施工安全，需施加超前支護措施。

（2）超前小導管和大管棚的支護方式能夠?qū)鷰r變形起到很好的控制作用，且對于隧道拱頂有更為明顯的控制作用，能夠有效降低隧道沉降值，對隧道初期支護受力進行有效的改善，確保了結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

（3）采用CRD 法進行巖溶區(qū)隧道的施工時，隨著不斷增加的循環(huán)進尺圍巖的變形也在不斷增加，基于安全的角度進行考慮，建議選擇以1.0m 作為循環(huán)進尺。