巖溶地層大斷面隧道淺埋暗挖施工對圍巖穩定性的影響研究

摘要：近幾年來，隨著我國經濟的不斷發展，我國工程建筑行業類目不斷增加，呈多樣化發展，其中巖溶地區大斷面隧道的淺埋暗挖法在現代地下工程建設中占有重要地位，其經濟效益與社會效益顯著，直接影響著我國經濟發展。然而，由于巖溶地層特殊的地質條件，其施工過程對圍巖穩定性的影響一直是工程界亟待解決的難題。巖溶區地質結構復雜，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定性的影響機理研究具有重要意義，有助于工程建設質量的提高。

關鍵詞：巖溶底層"大斷面隧道"淺埋暗挖"圍巖穩定性

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，巖溶地區特殊的地質構造給隧道建設帶來了很大的挑戰。該類地層普遍發育溶洞和裂隙及非均質巖體結構，嚴重威脅著隧道的穩定與安全。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，所以對環境影響小，在巖溶地區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定性的影響為當前相關行業的熱議話題。

1"淺埋暗挖隧道施工對巖溶圍巖穩定性影響

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。巖溶地層中廣泛發育孔洞和裂隙，應力調整易引起地表沉陷，地表沉降不僅會影響施工場地的地質穩定，而且會對周圍建筑物及基礎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定性。隧道圍巖變形不僅影響隧道的施工進度與質量，還有可能誘發更嚴重的地質災害[1]。例如：圍巖變形會引起地下水的漏失，從而引起地層失穩，同時，圍巖變形也會對支護結構造成破壞，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。一旦發生塌方，不僅會影響工程進度，還會引起連鎖反應，引發更大規模的地質災害。尤其在巖溶地區，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"結構性破壞

熔巖地層地質構造復雜，存在著大量的溶洞和裂隙。在淺埋暗挖施工過程中，若不能對這些失穩因素進行有效識別與治理，則有可能引發結構失穩，進而引發地質災害。例如：在施工過程中，若不能及時發現并及時處理失穩因素，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定性，從而引起圍巖的破壞，結構損傷不僅會影響隧道的施工質量與安全，而且會對周圍的環境與設施產生嚴重的影響。

2淺埋暗挖隧道施工策略

2.1"前期勘察與地質分析

施工前，要做好地質調查工作，既要進行常規鉆探取樣，又要進行高精度的地球物理勘探與水文地質調查。通過鉆孔取樣技術可對鉆孔巖芯進行分析，獲取巖溶發育程度、巖性、層理和結構等重要信息。同時，利用地球物理勘探技術，如地震反射波、地質雷達等手段，可進一步了解地下巖溶的空間分布和規模。在水文地質調查中，主要對地下水流特征、含水層分布和突水風險進行評價。在取得詳細地質資料的基礎上，可進行圍巖分級和穩定性評價，以此為基礎，提出基于巖石質量指數和質量指標的標準化方法[2]。在具體評價時，應充分考慮巖溶發育程度對圍巖穩定的影響，對于嚴重巖溶地區，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節，在熔巖地層容易發生塌方、突水等地質災害，通過地質調查及穩定性評價，可對高危區進行初步識別。

2.2"施工方案設計

應根據圍巖穩定情況選用適當的開挖方式，這也是設計施工方案的關鍵。應綜合考慮巖溶區圍巖穩定性受巖溶發育程度、地下水水位和其它地質條件的影響，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，適合于具有良好圍巖穩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揮圍巖自身的承載力，使圍巖逐漸變形，最終達到穩定狀態。開挖步距控制在1.0～1.5"m，初撐24"h以內，噴漿厚度25～30"cm。

對于圍巖軟弱與裂隙發育的巖溶地層，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定性而定。全斷面法設備需配備先進的監測與控制系統，對圍巖狀態和施工參數進行實時監控，保證施工安全和高效。

對于圍巖穩定性差，巖溶發育嚴重的地區，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量，必須對施工過程進行控制，以實現科學管理。針對巖溶地層復雜多變、不穩定的特點，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。

地質雷達可以用來探測前方的圍巖狀況，找出潛在的空區和裂縫；變形監測系統能對圍巖變形進行實時監測，發現異常變形并及時處理；地下水位監測儀可以對地下水位的變化進行監測，以防止發生突水突泥等意外事故[4-5]。同時，應根據施工進度及地質情況，對施工順序和工藝進行動態調整，以保證施工過程的安全性和穩定性。

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重要，應采取多方面措施應對各種風險和挑戰。在施工前，所有的工人都要接受系統的安全訓練，培訓內容應包括施工現場危險辨識、安全作業規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、對可能遇到的各種危險情況有清晰的認識，并能處理各種突發情況。根據工程進度、環境等因素，動態地調整培訓次數和培訓內容，最少每季度進行一次，以保證培訓的持續性和實效性；應對培訓效果進行評估，考核合格后方可上崗[6]。

對發現的安全隱患，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，針對巖溶地區大斷面隧道施工過程中可能發生的突水、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、營救等各個環節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，還可為優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，對巖溶地區隧道的建設將會更有效、更安全，有望通過持續的創新與實踐不斷提高工程質量、降低工程風險，為我國基礎設施建設質量的提高提供助力。

參考文獻

[1]"魏慶軍，王亞鵬，趙伯謙.巖溶地層大斷面隧道淺埋暗挖施工對圍巖穩定性的影響[J].建筑技術，2024，55（1）：55-60.

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[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.