巖溶地層大斷面隧道淺埋暗挖施工對圍巖穩(wěn)定性的影響研究

摘要：近幾年來，隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展，我國工程建筑行業(yè)類目不斷增加，呈多樣化發(fā)展，其中巖溶地區(qū)大斷面隧道的淺埋暗挖法在現(xiàn)代地下工程建設中占有重要地位，其經(jīng)濟效益與社會效益顯著，直接影響著我國經(jīng)濟發(fā)展。然而，由于巖溶地層特殊的地質(zhì)條件，其施工過程對圍巖穩(wěn)定性的影響一直是工程界亟待解決的難題。巖溶區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)復雜，力學特性不均勻，尤其對大斷面隧道，尤其是在淺埋暗挖施工中，其復雜性與不確定性更為突出。圍巖穩(wěn)定直接影響隧道的安全與應用壽命，特別是淺埋條件下，受地表荷載、地下水及施工擾動等多因素影響，易發(fā)生圍巖變形甚至垮塌。因此，開展巖溶地層中大斷面隧道淺埋暗挖施工對圍巖穩(wěn)定性的影響機理研究具有重要意義，有助于工程建設質(zhì)量的提高。

關(guān)鍵詞：巖溶底層"大斷面隧道"淺埋暗挖"圍巖穩(wěn)定性

Research"on"the"Influence"of"Shallow"Underground"Excavation"Construction"of"Large-Section"Tunnels"in"Karst"Strata"on"the"Stability"of"Surrounding"Rock

LUO"Lang

Shenzhen"Municipal"Group"Co.，"Ltd.，"Shenzhen，"Guangdong"Province，"518000"China

Abstract："In"recent"years，"with"the"continuous"development"of"China's"economy，"the"categories"of"engineering"constructionnbsp;industry"in"China"have"been"increasing"and"showing"diversified"development."Among"them，"the"shallow"underground"excavation"method"for"large"section"tunnels"in"karst"areas"occupies"an"important"position"in"modern"underground"engineering"construction，"its"economic"and"social"benefits"are"significant，"directly"affect"China’s"economic"development."However，"due"to"the"special"geological"conditions"of"karst"strata，"the"influence"of"the"construction"process"on"the"stability"of"the"surrounding"rock"has"always"been"an"urgent"problem"in"the"engineering"field."The"geological"structure"of"the"karst"area"is"complex"and"the"mechanical"characteristics"are"not"uniform，"especially"for"the"large"section"tunnel，"especially"in"the"shallow"underground"excavation"construction，"its"complexity"and"uncertainty"are"more"prominent."The"stability"of"surrounding"rock"directly"affects"the"safety"and"application"life"of"the"tunnel，"especially"under"shallow"underground"conditions，"affected"by"surface"load，"groundwater"and"construction"disturbance"and"other"factors，"surrounding"rock"deformation"and"even"collapse."Therefore，"it"is"of"great"significance"to"study"the"influence"mechanism"of"shallow"underground"excavation"of"large"section"tunnel"on"surrounding"rock"stability，"which"is"helpful"to"the"improvement"of"engineering"construction"quality.

Key"Words："Karst"bottom"layer;"Large"section"tunnel;"Shallow"underground"excavation;"Stability"of"surrounding"rocks

隨著我國城市化進程的不斷加快，交通運輸需求日益增加，隧道施工的重要性與日俱增，但是，巖溶地區(qū)特殊的地質(zhì)構(gòu)造給隧道建設帶來了很大的挑戰(zhàn)。該類地層普遍發(fā)育溶洞和裂隙及非均質(zhì)巖體結(jié)構(gòu)，嚴重威脅著隧道的穩(wěn)定與安全。淺埋暗挖法作為一項重要的施工方法，由于其對地表擾動小，所以對環(huán)境影響小，在巖溶地區(qū)隧道施工中得到了越來越多的應用。巖溶地層大斷面隧道淺埋暗挖施工對圍巖穩(wěn)定性的影響為當前相關(guān)行業(yè)的熱議話題。

1"淺埋暗挖隧道施工對巖溶圍巖穩(wěn)定性影響

1.1"地層沉降

隧道開挖過程中（如圖1所示），圍巖內(nèi)應力分布不斷變化，特別是大斷面隧道施工時，應力再分布更為劇烈。巖溶地層中廣泛發(fā)育孔洞和裂隙，應力調(diào)整易引起地表沉陷，地表沉降不僅會影響施工場地的地質(zhì)穩(wěn)定，而且會對周圍建筑物及基礎(chǔ)設施造成較大的安全隱患。尤其在城市地下工程中，這類建筑物可能會發(fā)生傾斜、開裂甚至倒塌，對城市的正常運營造成嚴重影響。

1.2"圍巖變形

巖溶地層的特殊性使隧道施工時圍巖極易產(chǎn)生變形。在施工過程中，巖溶洞穴和裂隙易受擾動而擴展貫通，從而降低巖體的整體穩(wěn)定性。隧道圍巖變形不僅影響隧道的施工進度與質(zhì)量，還有可能誘發(fā)更嚴重的地質(zhì)災害[1]。例如：圍巖變形會引起地下水的漏失，從而引起地層失穩(wěn)，同時，圍巖變形也會對支護結(jié)構(gòu)造成破壞，增加施工難度與風險。

1.3"地下水位變化

巖溶地層中的溶洞和裂縫易受施工擾動而發(fā)生坍塌，塌方不僅會影響工程的正常進行，還會引起人員傷亡與設備的損壞。在大斷面隧道施工過程中，因為開挖面較大，所以塌方風險較大。一旦發(fā)生塌方，不僅會影響工程進度，還會引起連鎖反應，引發(fā)更大規(guī)模的地質(zhì)災害。尤其在巖溶地區(qū)，地下水豐富，塌陷常伴有地下水涌出，使災害更加復雜、更加危險。

1.4"結(jié)構(gòu)性破壞

熔巖地層地質(zhì)構(gòu)造復雜，存在著大量的溶洞和裂隙。在淺埋暗挖施工過程中，若不能對這些失穩(wěn)因素進行有效識別與治理，則有可能引發(fā)結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，進而引發(fā)地質(zhì)災害。例如：在施工過程中，若不能及時發(fā)現(xiàn)并及時處理失穩(wěn)因素，則有可能造成溶洞的進一步擴展與貫通，從而導致大面積地層塌陷；同時，裂隙的擴展與貫通還會破壞圍巖的整體穩(wěn)定性，從而引起圍巖的破壞，結(jié)構(gòu)損傷不僅會影響隧道的施工質(zhì)量與安全，而且會對周圍的環(huán)境與設施產(chǎn)生嚴重的影響。

2淺埋暗挖隧道施工策略

2.1"前期勘察與地質(zhì)分析

施工前，要做好地質(zhì)調(diào)查工作，既要進行常規(guī)鉆探取樣，又要進行高精度的地球物理勘探與水文地質(zhì)調(diào)查。通過鉆孔取樣技術(shù)可對鉆孔巖芯進行分析，獲取巖溶發(fā)育程度、巖性、層理和結(jié)構(gòu)等重要信息。同時，利用地球物理勘探技術(shù)，如地震反射波、地質(zhì)雷達等手段，可進一步了解地下巖溶的空間分布和規(guī)模。在水文地質(zhì)調(diào)查中，主要對地下水流特征、含水層分布和突水風險進行評價。在取得詳細地質(zhì)資料的基礎(chǔ)上，可進行圍巖分級和穩(wěn)定性評價，以此為基礎(chǔ)，提出基于巖石質(zhì)量指數(shù)和質(zhì)量指標的標準化方法[2]。在具體評價時，應充分考慮巖溶發(fā)育程度對圍巖穩(wěn)定的影響，對于嚴重巖溶地區(qū)，宜采取較為保守的評價方法，并預留一定的安全儲備。風險識別和預測是保證工程安全的重要環(huán)節(jié)，在熔巖地層容易發(fā)生塌方、突水等地質(zhì)災害，通過地質(zhì)調(diào)查及穩(wěn)定性評價，可對高危區(qū)進行初步識別。

2.2"施工方案設計

應根據(jù)圍巖穩(wěn)定情況選用適當?shù)拈_挖方式，這也是設計施工方案的關(guān)鍵。應綜合考慮巖溶區(qū)圍巖穩(wěn)定性受巖溶發(fā)育程度、地下水水位和其它地質(zhì)條件的影響，以保證施工安全為目的，通常可采用新奧法、全斷面法和分段開挖等方法（常用開挖法的適用情況如表1）。

新奧法是一種以圍巖承載力理論為基礎(chǔ)，適合于具有良好圍巖穩(wěn)定性的地層施工方法。其核心思想是通過分步開挖與及時支護充分發(fā)揮圍巖自身的承載力，使圍巖逐漸變形，最終達到穩(wěn)定狀態(tài)。開挖步距控制在1.0～1.5"m，初撐24"h以內(nèi)，噴漿厚度25～30"cm。

對于圍巖軟弱與裂隙發(fā)育的巖溶地層，采用全斷面法是一種較為理想的施工方法。采用全斷面法施工，可一次成形全斷面，縮短圍巖暴露時間，減少塌方風險。全斷面法的掘進速度一般為3～5"m/d，具體掘進速度要視圍巖類型與圍巖穩(wěn)定性而定。全斷面法設備需配備先進的監(jiān)測與控制系統(tǒng)，對圍巖狀態(tài)和施工參數(shù)進行實時監(jiān)控，保證施工安全和高效。

對于圍巖穩(wěn)定性差，巖溶發(fā)育嚴重的地區(qū)，宜采用分段開挖法，對隧道進行分段開挖和分段支護，可減少對圍巖的擾動與變形。一般采用臺階法、中央導坑法、環(huán)路法等。對于臺階法，其開挖順序是由上而下逐步推進，上臺階高度一般控制在1.5～2.0"m，步距為1.0～1.5"m，保證下一級開挖前各臺階的初期支護[3]。

2.3"施工過程控制

在巖溶地層淺埋暗挖施工中，為了保證工程的安全與質(zhì)量，必須對施工過程進行控制，以實現(xiàn)科學管理。針對巖溶地層復雜多變、不穩(wěn)定的特點，可采取分步開挖支護的辦法。在具體的施工過程中，可以把隧道的斷面分為若干個區(qū)段，并逐步開挖支護，例如：可以把斷面分為上、中、下三段，先開挖上段，再開挖中、下段。

地質(zhì)雷達可以用來探測前方的圍巖狀況，找出潛在的空區(qū)和裂縫；變形監(jiān)測系統(tǒng)能對圍巖變形進行實時監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)異常變形并及時處理；地下水位監(jiān)測儀可以對地下水位的變化進行監(jiān)測，以防止發(fā)生突水突泥等意外事故[4-5]。同時，應根據(jù)施工進度及地質(zhì)情況，對施工順序和工藝進行動態(tài)調(diào)整，以保證施工過程的安全性和穩(wěn)定性。

2.4"施工安全管理

施工安全管理對保證項目順利實施與人身安全至關(guān)重要，應采取多方面措施應對各種風險和挑戰(zhàn)。在施工前，所有的工人都要接受系統(tǒng)的安全訓練，培訓內(nèi)容應包括施工現(xiàn)場危險辨識、安全作業(yè)規(guī)程和應急處置措施等。通過培訓，使每一位建筑工人都能熟練地進行安全作業(yè)、對可能遇到的各種危險情況有清晰的認識，并能處理各種突發(fā)情況。根據(jù)工程進度、環(huán)境等因素，動態(tài)地調(diào)整培訓次數(shù)和培訓內(nèi)容，最少每季度進行一次，以保證培訓的持續(xù)性和實效性；應對培訓效果進行評估，考核合格后方可上崗[6]。

對發(fā)現(xiàn)的安全隱患，要及時采取整改措施，并對整改效果進行復查，以確保消除隱患，每一次檢查都要做詳細的記錄，并形成報告，以備不時之用。同時，針對巖溶地區(qū)大斷面隧道施工過程中可能發(fā)生的突水、塌方和瓦斯爆炸事故，應制訂詳細的應急預案。在應急預案中，應對事故的識別、報警、撤離、營救等各個環(huán)節(jié)的具體措施和職責進行劃分。就突水事故而言，為了保證突水后能快速排出，避免因積水而影響施工及安全，應預先設置多條排水道及備用泵。應急預案應每六個月至少開展一次，以檢驗其可行性和有效性，并針對其中存在的問題加以改進。

3結(jié)語

綜上所述，通過深入研究巖溶地層中大斷面隧道淺埋暗挖施工對圍巖穩(wěn)定性的影響，可更全面地認識隧道施工過程中可能遇到的各種難題，不僅可為安全施工提供科學依據(jù)，還可為優(yōu)化設計與施工方法提供有價值的參考。未來，隨著科技水平的不斷提高，對巖溶地區(qū)隧道的建設將會更有效、更安全，有望通過持續(xù)的創(chuàng)新與實踐不斷提高工程質(zhì)量、降低工程風險，為我國基礎(chǔ)設施建設質(zhì)量的提高提供助力。

參考文獻

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[2]"隋金廷.大斷面黃土隧道淺埋暗挖法施工力學特性研究[J].工程機械與維修，2024（1）：114-116.

[3]馬哲.淺埋暗挖隧道中隔壁拆除及防水處理方法[J].建筑安全，2023，38（9）：66-68，72.

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[6]"任唯賢.大跨淺埋暗挖隧道對上部既有建筑物影響研究[D].重慶：重慶交通大學，2023.