解析隧道穿越大型溶槽坍方地段施工技術研究

楊建華

摘要：本文以隧道穿越大型溶槽塌方地段施工為研究對象，結合實際工程案例及筆者長期實踐經驗，對其施工技術做出相應探究。主要包括對項目工程進行簡單介紹；闡述了施工地段材料物理力學參數的確定過程；通過數值模擬技術對施工技術進行了分析；最后總結處理效果與實踐經驗，對后續學者開展此類研究具有一定的參考價值。

關鍵詞：隧道工程；巖溶路段；溶槽塌方；施工技術

中圖分類號：U455.49 文獻標識碼：A 文章編號：1674-3024（2016）22-0069-431

引言

隧道穿越大型溶槽塌方路段時，隧道施工很容易出現與大型溶槽相遇的情況，極易造成安全隱患。主要表現在該地段圍巖具有軟弱性，出現塌方的可能性較大。因此，隧道在此路段施工時必須根據實際情況采取正確的施工技術，降低安全隱患，避免出現塌方帶來的損失。

1工程概況

云腳隧道地處云貴高原向廣西丘陵過渡的斜坡地帶，屬烏蒙山脈東南側邊緣山區。總體地勢北西高，南東低。場區海拔680.0～852.0m，相對高差172.0m，軸線段通過段地面高程為690.00～745.0m之間，相對高差55.0m。隧道圍巖為碎石土，強、中風化泥質粉砂巖夾泥巖和泥質灰巖，薄～中厚層狀，鉆探揭露溶洞及溶槽發育。云腳隧道全段為V級圍巖，最大埋深40.96m，屬于淺埋隧道，施工中圍巖大變形、突水涌水、圍巖失穩等風險極大，必須引起足夠的重視。雨季有淋雨狀出水，開挖后泥巖夾層失水易干裂、遇水易軟化使圍巖松馳變形，故應及時進行支護，以防止坍塌、進而冒頂；泥質灰巖段溶洞及溶槽發育，加強超前地質預報，防止突水突泥發生。

2材料物理力學參數確定

2.1巖石力學試驗。地段材料物理性能參數主要包括混凝土層力學參數、圍巖物理力學參數和錨桿物理參數等。其中，巖石力學試驗中單軸壓縮試驗作為測量地段材料性能最為基礎也是最為實用的方法得到了廣泛應用。本案列中，試驗選擇全數控液壓伺服剛性巖石實驗系統。其中，實驗所用灰巖樣品可直接從隧道現場出選取，通過適當切割、端面磨平等工藝加工為試驗所用標準圓柱形樣品。根據相應規范要求方法進行。之后，通過隧道勘測數據以及巖石的力學試驗，選取圍巖的彈性模量，并按照隧道施工設計規范選取其他參數。

2.2計算模型建立。通常，巖土材料具有彈塑性，因此，根據彈塑性理論進行研究。在缺少一定的試驗數據的前提下，為便于問題的簡化計算，混凝土材料根據線彈性本構關系解決，圍巖材料選擇理想彈塑性本構關系。考慮到巖土材料的受壓特點，模擬準則選用一直線性破壞準則，該方法還具有忽略中間主應力影響、方便實用等特點，且應用廣泛。此外，為便于降低邊界條件對模擬結果的影響，選擇計算范圍沿洞徑不同方向的四倍洞徑較為合適。隧道施工過程中，將施工分為多個階段進行，其中溶槽作為右側隧道模型的中間部分，并按照相應勘測數據，簡化溶槽為橢圓柱。圖1即為有限元模型：

3數值模擬結果與分析

本文中數值模擬結果分析與預測主要有邊墻水平收斂值、拱頂沉降、拱頂最大主應力、圍巖塑性區等幾個部分。其中：模擬得到邊墻水平收斂值表明，當隧道開挖至溶槽部位時，斷面邊墻收斂值受到的影響不大，而斷面前十米處收斂值受到的影響明顯變大。最終得出結論，溶槽會在一定程度上造成溶槽部位邊墻收斂值得增大；拱頂沉降結果顯示不同監測斷面處的拱頂沉降具有抑制的變化趨勢，而溶槽因素對于隧道拱頂的沉降沒有明顯的影響關系；拱頂最大主應力結果表明，不同監測斷面最大應力與最小應力有一定區別，但變化并不明顯，而相對其他斷面而言，位于巖溶區域處，拱頂最大主應力明顯增大；圍巖塑性區可通過圍巖有效塑性應變情況（如應變大小和分布范圍等）進行判斷，數值模擬結果表明，塑性區域大部分位于拱頂以及溶槽同拱底圍巖的交叉部位，此外，拱腳出也有明顯的塑性區。

4施工技術分析

本工程實例中，施工技術特點主要包括：（1）針對淺埋隧道拱頂巖溶地質災害的特點及淺埋巖溶地質災害致災機理進行了相應分析，使得隧道施工之前更全面掌握了拱頂溶洞填充物剝落的規律。（2）通過現場試驗分析，分析填充物的物理力學性質，在此基礎上，通過數值分析，對巖溶隧道圍巖穩定性進行分析與結構安全性評價。（3）通過現場量測與數值分析及相關室內試驗等手段，基于上述研究成果并結合巖溶區溶腔充填物剝落的隧道施工輔助措施，對防控技術進行效果評價。對上述試驗研究內容找到淺埋隧道拱頂巖溶填充物持續剝落處治施工技術的破解答案和工程施工對策，確保拱頂存在巖溶填充物持續剝落的淺埋隧道處治施工技術，保證施工能夠安全通過，工程質量符合設計要求。

5處理效果與經驗總結

在隧道穿越溶槽塌方地段施工過程中，施工前需重點做好地質勘測與預報工作、科學嚴謹的試驗工作。提前進行預加固處理，便于在保證隧道施工安全的同時，也可以適當節約成本、縮短工期。

對高壓注漿施工段，開挖時需檢驗塌體的注漿效果，避免出現部分地段注漿效果不好而影響隧道安全施工的情況。在技術處理方面，巖爆、瓦斯等預報問題依然應當突出，陸地聲納法、瞬變電磁法、復合式激發極化法等對斷層、溶洞的探測有較好的效果，且技術已逐步成熟，未來可以考慮深化該技術研究方法。