岩溶地层大断面隧道浅埋暗挖施工对围岩稳定性的影响研究

摘要：近几年来，随着我国经济的不断发展，我国工程建筑行业类目不断增加，呈多样化发展，其中岩溶地区大断面隧道的浅埋暗挖法在现代地下工程建设中占有重要地位，其经济效益与社会效益显著，直接影响着我国经济发展。然而，由于岩溶地层特殊的地质条件，其施工过程对围岩稳定性的影响一直是工程界亟待解决的难题。岩溶区地质结构复杂，力学特性不均匀，尤其对大断面隧道，尤其是在浅埋暗挖施工中，其复杂性与不确定性更为突出。围岩稳定直接影响隧道的安全与应用寿命，特别是浅埋条件下，受地表荷载、地下水及施工扰动等多因素影响，易发生围岩变形甚至垮塌。因此，开展岩溶地层中大断面隧道浅埋暗挖施工对围岩稳定性的影响机理研究具有重要意义，有助于工程建设质量的提高。

关键词：岩溶底层"大断面隧道"浅埋暗挖"围岩稳定性

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

随着我国城市化进程的不断加快，交通运输需求日益增加，隧道施工的重要性与日俱增，但是，岩溶地区特殊的地质构造给隧道建设带来了很大的挑战。该类地层普遍发育溶洞和裂隙及非均质岩体结构，严重威胁着隧道的稳定与安全。浅埋暗挖法作为一项重要的施工方法，由于其对地表扰动小，所以对环境影响小，在岩溶地区隧道施工中得到了越来越多的应用。岩溶地层大断面隧道浅埋暗挖施工对围岩稳定性的影响为当前相关行业的热议话题。

1"浅埋暗挖隧道施工对岩溶围岩稳定性影响

1.1"地层沉降

隧道开挖过程中（如图1所示），围岩内应力分布不断变化，特别是大断面隧道施工时，应力再分布更为剧烈。岩溶地层中广泛发育孔洞和裂隙，应力调整易引起地表沉陷，地表沉降不仅会影响施工场地的地质稳定，而且会对周围建筑物及基础设施造成较大的安全隐患。尤其在城市地下工程中，这类建筑物可能会发生倾斜、开裂甚至倒塌，对城市的正常运营造成严重影响。

1.2"围岩变形

岩溶地层的特殊性使隧道施工时围岩极易产生变形。在施工过程中，岩溶洞穴和裂隙易受扰动而扩展贯通，从而降低岩体的整体稳定性。隧道围岩变形不仅影响隧道的施工进度与质量，还有可能诱发更严重的地质灾害[1]。例如：围岩变形会引起地下水的漏失，从而引起地层失稳，同时，围岩变形也会对支护结构造成破坏，增加施工难度与风险。

1.3"地下水位变化

岩溶地层中的溶洞和裂缝易受施工扰动而发生坍塌，塌方不仅会影响工程的正常进行，还会引起人员伤亡与设备的损坏。在大断面隧道施工过程中，因为开挖面较大，所以塌方风险较大。一旦发生塌方，不仅会影响工程进度，还会引起连锁反应，引发更大规模的地质灾害。尤其在岩溶地区，地下水丰富，塌陷常伴有地下水涌出，使灾害更加复杂、更加危险。

1.4"结构性破坏

熔岩地层地质构造复杂，存在着大量的溶洞和裂隙。在浅埋暗挖施工过程中，若不能对这些失稳因素进行有效识别与治理，则有可能引发结构失稳，进而引发地质灾害。例如：在施工过程中，若不能及时发现并及时处理失稳因素，则有可能造成溶洞的进一步扩展与贯通，从而导致大面积地层塌陷；同时，裂隙的扩展与贯通还会破坏围岩的整体稳定性，从而引起围岩的破坏，结构损伤不仅会影响隧道的施工质量与安全，而且会对周围的环境与设施产生严重的影响。

2浅埋暗挖隧道施工策略

2.1"前期勘察与地质分析

施工前，要做好地质调查工作，既要进行常规钻探取样，又要进行高精度的地球物理勘探与水文地质调查。通过钻孔取样技术可对钻孔岩芯进行分析，获取岩溶发育程度、岩性、层理和结构等重要信息。同时，利用地球物理勘探技术，如地震反射波、地质雷达等手段，可进一步了解地下岩溶的空间分布和规模。在水文地质调查中，主要对地下水流特征、含水层分布和突水风险进行评价。在取得详细地质资料的基础上，可进行围岩分级和稳定性评价，以此为基础，提出基于岩石质量指数和质量指标的标准化方法[2]。在具体评价时，应充分考虑岩溶发育程度对围岩稳定的影响，对于严重岩溶地区，宜采取较为保守的评价方法，并预留一定的安全储备。风险识别和预测是保证工程安全的重要环节，在熔岩地层容易发生塌方、突水等地质灾害，通过地质调查及稳定性评价，可对高危区进行初步识别。

2.2"施工方案设计

应根据围岩稳定情况选用适当的开挖方式，这也是设计施工方案的关键。应综合考虑岩溶区围岩稳定性受岩溶发育程度、地下水水位和其它地质条件的影响，以保证施工安全为目的，通常可采用新奥法、全断面法和分段开挖等方法（常用开挖法的适用情况如表1）。

新奥法是一种以围岩承载力理论为基础，适合于具有良好围岩稳定性的地层施工方法。其核心思想是通过分步开挖与及时支护充分发挥围岩自身的承载力，使围岩逐渐变形，最终达到稳定状态。开挖步距控制在1.0～1.5"m，初撑24"h以内，喷浆厚度25～30"cm。

对于围岩软弱与裂隙发育的岩溶地层，采用全断面法是一种较为理想的施工方法。采用全断面法施工，可一次成形全断面，缩短围岩暴露时间，减少塌方风险。全断面法的掘进速度一般为3～5"m/d，具体掘进速度要视围岩类型与围岩稳定性而定。全断面法设备需配备先进的监测与控制系统，对围岩状态和施工参数进行实时监控，保证施工安全和高效。

对于围岩稳定性差，岩溶发育严重的地区，宜采用分段开挖法，对隧道进行分段开挖和分段支护，可减少对围岩的扰动与变形。一般采用台阶法、中央导坑法、环路法等。对于台阶法，其开挖顺序是由上而下逐步推进，上台阶高度一般控制在1.5～2.0"m，步距为1.0～1.5"m，保证下一级开挖前各台阶的初期支护[3]。

2.3"施工过程控制

在岩溶地层浅埋暗挖施工中，为了保证工程的安全与质量，必须对施工过程进行控制，以实现科学管理。针对岩溶地层复杂多变、不稳定的特点，可采取分步开挖支护的办法。在具体的施工过程中，可以把隧道的断面分为若干个区段，并逐步开挖支护，例如：可以把断面分为上、中、下三段，先开挖上段，再开挖中、下段。

地质雷达可以用来探测前方的围岩状况，找出潜在的空区和裂缝；变形监测系统能对围岩变形进行实时监测，发现异常变形并及时处理；地下水位监测仪可以对地下水位的变化进行监测，以防止发生突水突泥等意外事故[4-5]。同时，应根据施工进度及地质情况，对施工顺序和工艺进行动态调整，以保证施工过程的安全性和稳定性。

2.4"施工安全管理

施工安全管理对保证项目顺利实施与人身安全至关重要，应采取多方面措施应对各种风险和挑战。在施工前，所有的工人都要接受系统的安全训练，培训内容应包括施工现场危险辨识、安全作业规程和应急处置措施等。通过培训，使每一位建筑工人都能熟练地进行安全作业、对可能遇到的各种危险情况有清晰的认识，并能处理各种突发情况。根据工程进度、环境等因素，动态地调整培训次数和培训内容，最少每季度进行一次，以保证培训的持续性和实效性；应对培训效果进行评估，考核合格后方可上岗[6]。

对发现的安全隐患，要及时采取整改措施，并对整改效果进行复查，以确保消除隐患，每一次检查都要做详细的记录，并形成报告，以备不时之用。同时，针对岩溶地区大断面隧道施工过程中可能发生的突水、塌方和瓦斯爆炸事故，应制订详细的应急预案。在应急预案中，应对事故的识别、报警、撤离、营救等各个环节的具体措施和职责进行划分。就突水事故而言，为了保证突水后能快速排出，避免因积水而影响施工及安全，应预先设置多条排水道及备用泵。应急预案应每六个月至少开展一次，以检验其可行性和有效性，并针对其中存在的问题加以改进。

3结语

综上所述，通过深入研究岩溶地层中大断面隧道浅埋暗挖施工对围岩稳定性的影响，可更全面地认识隧道施工过程中可能遇到的各种难题，不仅可为安全施工提供科学依据，还可为优化设计与施工方法提供有价值的参考。未来，随着科技水平的不断提高，对岩溶地区隧道的建设将会更有效、更安全，有望通过持续的创新与实践不断提高工程质量、降低工程风险，为我国基础设施建设质量的提高提供助力。

参考文献

[1]"魏庆军，王亚鹏，赵伯谦.岩溶地层大断面隧道浅埋暗挖施工对围岩稳定性的影响[J].建筑技术，2024，55（1）：55-60.

[2]"隋金廷.大断面黄土隧道浅埋暗挖法施工力学特性研究[J].工程机械与维修，2024（1）：114-116.

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

[4]"XU"X"B，TONG"L，"LI"Z"F，et"al.Influence"of"extreme"shallow"jacked"box"tunnelling"on"underlying"metro"tunnels：A"case"study

[J].Underground"Space，2023，12（4）：234-250.

[5]JIA"J"X，ZHOU"X.Shallow"tunneling"method"and"control"measure"for"ground"surface"settlement[J].Journal"of"World"Architecture，2023，7（3）：46-52.

[6]"任唯贤.大跨浅埋暗挖隧道对上部既有建筑物影响研究[D].重庆：重庆交通大学，2023.