富水巖溶隧道下穿充填型溶腔技術(shù)措施及力學(xué)分析

周曉松， 陳浩然， 王岑真， 梁斌， 李文杰*

(1中鐵十五局集團(tuán)第三工程公司， 成都 610097； 2河南科技大學(xué)土木工程學(xué)院， 洛陽(yáng) 471000)

中國(guó)巖溶地貌分布廣泛，特別是在滇南地區(qū)尤為集中。隨著高速鐵路建設(shè)的迅猛發(fā)展，在巖溶地區(qū)修建鐵路隧道也越來越多，但鐵路隧道在開挖過程中難免遇到各種巖溶地質(zhì)問題，其中充填型溶腔成為隧道施工過程中的一大難點(diǎn)。當(dāng)隧道穿越巖溶地區(qū)時(shí)，由于溶腔位置和充填情況的不確定性以及地質(zhì)預(yù)報(bào)反饋不及時(shí)，在開挖過程中極易發(fā)生突水、涌泥等地質(zhì)災(zāi)害[1-3]，影響隧道施工進(jìn)度和威脅施工人員安全，若處治不當(dāng)支護(hù)措施不到位，也會(huì)對(duì)隧道后續(xù)施工造成諸多影響。

文獻(xiàn)[4]通過有限元軟件建立溶洞及隧道三維模型，以圍巖應(yīng)力和孔隙水壓力為主要研究對(duì)象，分析了充填溶洞對(duì)隧道施工的影響。文獻(xiàn)[5]依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)不良地質(zhì)地質(zhì)條件，針對(duì)掌子面前方出現(xiàn)貫穿性溶洞的實(shí)際狀況，提出管棚跟管施工技術(shù)，雖然保證了施工安全，但缺少相應(yīng)的理論支持。文獻(xiàn)[6]通過收集和總結(jié)巖溶地區(qū)各種類型溶洞對(duì)隧道穩(wěn)定性的影響，針對(duì)性地提出了各種處治方案，為隧道施工提供參考。文獻(xiàn)[7]從隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和位移以及圍巖塑性區(qū)分布狀況等方面對(duì)隧道下穿充填型溶洞的技術(shù)措施進(jìn)行了對(duì)比分析選出最佳方案，但缺少現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)作支持且區(qū)域性較強(qiáng)難以為本工程提供指導(dǎo)。文獻(xiàn)[8]通過有限元軟件對(duì)隧道左側(cè)存在串珠型溶洞的實(shí)際工程特征進(jìn)行分析，分析對(duì)比了三種超前加固方案，并驗(yàn)證了三種方案的有效性。文獻(xiàn)[9]運(yùn)用有限元軟件，結(jié)合工程實(shí)際參數(shù)，分析了處治結(jié)構(gòu)在特大巖溶隧道開挖過程中的力學(xué)特性及圍巖的變形特征。文獻(xiàn)[10]基于雙參數(shù)彈性地基梁理論，對(duì)隧道開挖過程中，管棚的力學(xué)特性進(jìn)行分析，并與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證計(jì)算結(jié)果的可靠性。文獻(xiàn)[11]在彈性力學(xué)的基礎(chǔ)上運(yùn)用突變理論，建立相應(yīng)模型分析了巖溶隧道與溶洞間的安全距離，并通過工程實(shí)例驗(yàn)證了改理論的可行性，對(duì)巖溶隧道施具有一定的指導(dǎo)意義?，F(xiàn)階段中國(guó)學(xué)者從各種角度，對(duì)巖溶地區(qū)各種不良地質(zhì)體對(duì)隧道的影響，以及針對(duì)各種巖溶災(zāi)害的處治方法進(jìn)行了研究[12-17]，但針對(duì)富水巖溶地區(qū)充填溶腔對(duì)下穿隧道穩(wěn)定性的影響，以及充填溶腔處治措施的研究相對(duì)較少且缺少針對(duì)性，因此對(duì)于富水巖溶地區(qū)隧道下穿充填溶腔的施工措施及力學(xué)分析研究十分必要。

現(xiàn)以云南玉磨鐵路巴羅二號(hào)隧道為研究對(duì)象，根據(jù)《鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》[18]選取相關(guān)力學(xué)參數(shù)，通過數(shù)值模擬方法研究隧道開挖過程中充填型溶腔對(duì)隧道圍巖穩(wěn)定性的影響，分析充填溶腔與隧道結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性，提出運(yùn)用超長(zhǎng)管棚加固溶腔處圍巖的技術(shù)措施，為今后類似工程提供指導(dǎo)。

1 工程背景

中鐵十五局集團(tuán)有限公司承建的中國(guó)“一帶一路”重要項(xiàng)目，玉磨鐵路位于云南省南部地區(qū)，以昆玉鐵路玉溪西站為起點(diǎn)至終點(diǎn)達(dá)磨憨。YMZQ-20標(biāo)段巴羅二號(hào)隧道(圖1)位于云南省西雙版納自治州勐臘縣境內(nèi)(關(guān)累—勐遠(yuǎn)區(qū)間)，為設(shè)計(jì)時(shí)速160 km/h單線鐵路隧道，全長(zhǎng)5 817 m，最大埋深260 m。項(xiàng)目所處地區(qū)巖溶地貌分布廣泛，隧道開挖過程中易遭遇巖溶、涌水(圖2)等地質(zhì)災(zāi)害影響。

圖1 巴羅二號(hào)隧道圖Fig.1 The Baluo No.2 tunnel

圖2 巴羅二號(hào)隧道突水現(xiàn)場(chǎng)Fig.2 The water inrush scene of the Baluo No.2 tunnel

洞身穿越二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M泥巖夾砂巖、碳質(zhì)頁(yè)巖，巖性空間交錯(cuò)展布，于局部段落可能形成不規(guī)則、破碎、含砂含泥囊狀充填型溶腔，加之隧洞頂部附近兩條沖溝交匯，地下水易于富集運(yùn)移，地表水補(bǔ)給充分并下滲。在掌子面施工過程中散碎狀風(fēng)化砂巖及顆粒受擾動(dòng)，在地下水作用下于掌子面左肩部垂直洞身處發(fā)生突水涌泥現(xiàn)象，短時(shí)間內(nèi)出水量大，全隧通道被涌水淹沒。災(zāi)害發(fā)生后對(duì)突水位置溶腔進(jìn)行處治，計(jì)劃采用超長(zhǎng)管棚對(duì)溶腔位置圍巖進(jìn)行加固，并對(duì)溶腔注漿回填，以保障后期施工順利進(jìn)行。

2 有限元計(jì)算模型

2.1 管棚受力分析

結(jié)合Pasternak彈性地基梁理論對(duì)超長(zhǎng)管棚進(jìn)行理論計(jì)算，分析超長(zhǎng)管棚加固后工況下管棚的力學(xué)特性。管棚受力情況如圖3所示，將管棚分為4段：有初支段(OA)，無(wú)初支段(AB)，開挖面擾動(dòng)段(BC)，未擾動(dòng)段(CD)。假設(shè)管棚是作用在Pasternak彈性地基上的承受均布荷載q(x)和地基反力p(x)的梁，根據(jù)假設(shè)建立如圖4所示開挖過程中管棚受力模型，以A點(diǎn)作為坐標(biāo)原點(diǎn)，隧道開挖高度為h，OA段長(zhǎng)度為a，AB段長(zhǎng)度為c，BC段長(zhǎng)度為d=htan(45°-φ/2)，其中φ為內(nèi)摩擦角，假設(shè)破裂面即為開挖面，45°+φ/2為開挖面與隧道底面間夾角。

圖3 管棚受力圖Fig.3 Force diagram of pipe roof

圖4 管棚計(jì)算模型Fig.4 Calculation model of pipe roof

根據(jù)上述假設(shè)及力學(xué)計(jì)算模型，由彈性地基梁理論可得管棚的撓曲微分方程為

(1)

式(1)中：b*為Pasternak彈性地基梁的寬度，b為隧道開挖寬度的1/2，b*=b[1+(Gp/k)1/2/b]；E為管棚的彈性模量，MPa；I為管棚的慣性矩；ω(x)為管棚撓度；Gp為地基剪切模量；k為地基彈性系數(shù)。

不同區(qū)段的微分方程為

(2)

kb*ω(x)=bq(x)

(3)

kb*ω(x)=0

(4)

建立方程組求出所有待定系數(shù)，代入微分方程通解后得到管棚各個(gè)區(qū)段的撓度方程ωi(x)，根據(jù)公式

(5)

(6)

(7)

能夠分別計(jì)算出管棚的轉(zhuǎn)角、彎矩和剪力。

2.2 有限元模型建立

2.2.1 模型參數(shù)選取

根據(jù)巴羅二號(hào)隧道地質(zhì)勘查報(bào)告，充填溶腔所處區(qū)段隧道圍巖主要為碳質(zhì)頁(yè)巖，圍巖等級(jí)為Ⅴ級(jí)圍巖各項(xiàng)參數(shù)如表1所示。依據(jù)《鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》[18]選取支護(hù)參數(shù)如表2所示。

表1 圍巖參數(shù)Table 1 Parameters of surrounding rock

表2 隧道洞身支護(hù)參數(shù)Table 2 Supporting parameters of the tunnel

2.2.2 模型建立及邊界條件

為了有效分析充填溶腔在施加超長(zhǎng)管棚支護(hù)措施前后對(duì)隧道開挖施工的影響，運(yùn)用有限元軟件MIDAS-GTS NX分別建立對(duì)溶腔處治前后兩個(gè)模型，模型橫向和豎向尺寸均為100 m，縱向開挖進(jìn)尺為40 m，模型上下左右四個(gè)面均為非自由面，施加位移約束。模型圍巖為炭質(zhì)頁(yè)巖，采用3D實(shí)體單元模擬，為莫爾庫(kù)倫本構(gòu)模型；初支結(jié)構(gòu)采用2D板單元模擬，為彈性本構(gòu)模型；錨桿采用植入式桁架進(jìn)行模擬，為彈性本構(gòu)模型；超長(zhǎng)管棚采用1D梁?jiǎn)卧M(jìn)行模擬，為彈性本構(gòu)模型。模型共劃分34 980個(gè)網(wǎng)格單位，模型施工階段開挖分10個(gè)循環(huán)，每個(gè)循環(huán)開挖進(jìn)尺4 m，施加超長(zhǎng)管棚加固后模型如圖5所示。

圖5 超長(zhǎng)管棚加固后有限元模型Fig.5 Finite element model after reinforcement with ultra-long pipe roof

3 計(jì)算結(jié)果與分析

3.1 圍巖塑性區(qū)分析

超長(zhǎng)管棚加固前后，隧道圍巖塑性區(qū)云圖如圖6所示。由圖6(a)可以看出超長(zhǎng)管棚加固前，塑性區(qū)主要集中在溶腔與隧道之間，隧道周圍塑性區(qū)與充填溶腔周圍塑性區(qū)出現(xiàn)貫通現(xiàn)象，溶腔內(nèi)填充物易沿著塑性破壞區(qū)突入，從而發(fā)生突水、涌泥災(zāi)害。由圖6(b)可以看出超長(zhǎng)管棚加固后，塑性區(qū)主要集中在兩側(cè)拱腰處。對(duì)比超長(zhǎng)管棚加固前后圍巖塑性區(qū)分布狀況，可以明顯看出采用超長(zhǎng)管棚加固后溶腔與隧道之間貫通塑性區(qū)已經(jīng)消失，證明超長(zhǎng)管棚增強(qiáng)了圍巖的穩(wěn)定性。

因巴羅二號(hào)隧道位于富水巖溶地區(qū)且圍巖為Ⅴ級(jí)軟弱圍巖，因此隧道在開挖過程中，溶腔與隧洞之間的圍巖穩(wěn)定性較差，當(dāng)隧道與充填溶腔間塑性區(qū)形成貫通時(shí)，在隧道頂部極易發(fā)生突水、涌泥、塌陷等地質(zhì)災(zāi)害，所以必須結(jié)合施工具體情況對(duì)充填溶腔進(jìn)行合理有效的處治。通過對(duì)比分析加固前后圍巖塑性區(qū)分布狀況，可知超長(zhǎng)管棚加固在穩(wěn)定圍巖和限制圍巖塑性區(qū)發(fā)展方面效果顯著。

圖6 圍巖塑性區(qū)分布Fig.6 Distribution of plastic zone of surrounding rock

3.2 管棚力學(xué)分析

3.2.1 彎矩分布

選取第一階段和最后階段管棚彎矩進(jìn)行研究，兩個(gè)階段對(duì)應(yīng)開挖進(jìn)尺分別為4 m和40 m，相應(yīng)彎矩M分布云圖如圖7所示。從圖7(a)可以看出隧道第一階段充填溶腔段拱頂右側(cè)彎矩最大，而其他位置處管棚鋼管彎矩相對(duì)較小。從管棚受力的縱向分布分析可以看出，管棚的最大彎矩主要集中在充填溶腔位置處，最大值為0.07 kN/m，在臺(tái)階法開挖過程中掌子面位置由于還未進(jìn)行初期支護(hù)，充填溶腔處頂部及右側(cè)管棚彎矩集中分布。從圖7可以看出，第一階段和最后階段對(duì)應(yīng)彎矩最大值分別為0.07 kN/m和0.23 kN/m，雖然彎矩值逐漸增大但從整體來看彎矩分布逐漸均勻。

圖7 管棚彎矩分布規(guī)律Fig.7 Distribution law of bending moment of pipe roof

從整個(gè)開挖過程可以看出，除了在充填溶腔段管棚彎矩有著明顯的變化，其他位置處管棚彎矩變化不大。隨著支護(hù)結(jié)構(gòu)的不斷跟進(jìn)，直至隧道全部開挖完成，管棚將上部承受的荷載均勻的分散到支護(hù)結(jié)構(gòu)上，與支護(hù)結(jié)構(gòu)共同承擔(dān)上部圍巖壓力，進(jìn)一步證明具有充填溶腔隧道在施工時(shí)，采用超長(zhǎng)管棚加固措施可有效提高圍巖穩(wěn)定性。

3.2.2 管棚軸力分布

選取第一階段和最后階段管棚軸力進(jìn)行研究，兩個(gè)階段對(duì)應(yīng)開挖進(jìn)尺分別為4 m和40 m，兩個(gè)開挖階段下超長(zhǎng)管棚軸力分布如圖8所示，其中正值表示拉力，負(fù)值表示壓力。從圖8(a)中可以看出，由于充填溶腔在開挖面左上方，在上臺(tái)階開挖時(shí)，頂部偏左側(cè)臨近充填溶腔范圍內(nèi)的管棚以承受壓力為主，此時(shí)最大壓力值為-22.42 kN，兩側(cè)管棚以承受拉力為主，最大拉力值為36.87 kN，并且在頂部接近溶腔位置處有明顯的壓力集中現(xiàn)象。

從圖8兩個(gè)開挖階段軸力分布狀況可以看出，隨著隧道開挖進(jìn)度的不斷推進(jìn)，頂部管棚受壓區(qū)不斷向前移動(dòng)，壓力集中區(qū)域逐漸由中間向兩側(cè)移動(dòng)，直至最后開挖階段隧道全部貫通，管棚軸力分布逐漸均勻。開挖完成后兩側(cè)管棚在充填溶腔位置處拉力最大，最大拉力值為160.09 kN。

3.2.3 應(yīng)變分布

超長(zhǎng)管棚的作用是為了保護(hù)和加固圍巖，限制其塑性變形與松動(dòng)，一旦圍巖有大的塑性變形或者松動(dòng)，超長(zhǎng)管棚將會(huì)產(chǎn)生很大的彎矩。如果管棚受力較小說明其發(fā)揮了較好的加固和保護(hù)圍巖的作用，安全儲(chǔ)備較大。管棚軸力對(duì)其應(yīng)力應(yīng)變發(fā)揮了決定性作用，提取第1～10步開挖管棚軸應(yīng)力并折算為應(yīng)變，根據(jù)文獻(xiàn)[10]中彈性地基梁模型計(jì)算方法，結(jié)合本項(xiàng)目實(shí)際工程參數(shù)進(jìn)行管棚應(yīng)變計(jì)算得到縱向應(yīng)變分布圖，如圖9所示。在開挖進(jìn)入第10步時(shí)，側(cè)向管棚全程受拉，為正應(yīng)變，頂部管棚除第1步外均為壓應(yīng)變。解析解與數(shù)值解應(yīng)變分布規(guī)律類似。

圖8 管棚軸力分布規(guī)律Fig.8 Distribution law of axial force of pipe roof

圖9 管棚縱向應(yīng)變分布規(guī)律Fig.9 Longitudinal strain distribution law of pipe roof

3.3 圍巖穩(wěn)定性分析

隧道開挖完成后，圍巖豎向位移狀況如圖10所示。圖10(a)為未采用超長(zhǎng)管棚加固時(shí)工況，能夠看到充填溶腔對(duì)拱頂豎向位移影響較大，圍巖豎向變形主要集中在溶腔右下方與拱頂左側(cè)之間，此處拱頂沉降最大，沉降值為75.33 mm。圖10(b)為采用超長(zhǎng)管棚加固后工況，可以明顯看出圍巖豎向變形分布均勻，在采用超長(zhǎng)管棚加固后拱頂沉降最大值為17.84 mm，最大沉降值明顯降低，降幅為76.3%。隧道開挖完成后拱頂實(shí)測(cè)沉降累計(jì)值為18.10 mm，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與模擬分析數(shù)據(jù)吻合度較高，說明模擬分析結(jié)構(gòu)具有一定可靠性。

圖10 圍巖豎向位移分布Fig.10 Vertical displacement distribution of surrounding rock

3.4 左側(cè)拱腰收斂變化

充填溶腔位于左側(cè)拱腰上方，超長(zhǎng)管棚加固前后左側(cè)拱腰收斂情況如圖11所示。隧道開挖至第3、4、5步時(shí)遇到充填溶腔，在未采用超長(zhǎng)管棚加固的工況下，由于隧道左上充填溶腔的存在，隧道周圍圍巖壓力分布不均在隧道左側(cè)產(chǎn)生偏壓，此時(shí)左側(cè)拱腰收斂值較大。由圖12可以看出，在充填溶腔位置處左側(cè)拱腰收斂值較大，最大值為50.21 mm，隨著開挖步驟的不斷推進(jìn)左側(cè)拱腰收斂值開始下降，然后趨于平穩(wěn)，最終穩(wěn)定至47.06 mm。采用超長(zhǎng)管棚加固后，隨著開挖步驟不斷推進(jìn)，開挖至充填溶腔位置時(shí)左側(cè)拱腰收斂值較大，最大值為19.17 mm，直至隧道開挖完成左側(cè)拱腰收斂值穩(wěn)定在17.10 mm。對(duì)比兩種工況，超長(zhǎng)管棚加固前左側(cè)拱腰收斂累計(jì)值為47.06 mm，超長(zhǎng)管棚加固后左側(cè)拱腰收斂累計(jì)值為17.01 mm，降幅63.85%，證明超長(zhǎng)管棚加固后隧道穩(wěn)定性得到明顯增強(qiáng)。

圖11 左側(cè)拱腰收斂Fig.11 Convergence of the arch waist on the left

圖12 巴羅二號(hào)隧道貫通圖Fig.12 Throughout of the Baluo No.2 Tunnel

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用措施及效果

隧道左上部充填型溶腔對(duì)圍巖的整體穩(wěn)定性影響較大，在開挖過程中易發(fā)生突水涌泥等災(zāi)害，因此必須對(duì)充填溶腔采取必要的處治。本項(xiàng)目根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，給出了施工過程中遇突水涌泥的專項(xiàng)措施，專項(xiàng)措施如下：

在里程D1K437+430處設(shè)一環(huán)Ф89 mm大管棚，長(zhǎng)25 m，21根，環(huán)間相距0.4 m，內(nèi)設(shè)鋼筋籠，采用物探結(jié)合釬探的方法探明溶腔發(fā)育情況，對(duì)溶腔泵送C20混凝土回填及注漿處理，確保回填至開挖輪廓線外3 m，同時(shí)預(yù)設(shè)Ф100 mm PVC排水管，對(duì)排水管局部打孔并包裹無(wú)紡布，每延米1根。

在后續(xù)施工中隧道開挖至D1K437+509位置處時(shí)，超前地質(zhì)預(yù)報(bào)探明，在開挖面上方可能存在巖溶空腔。因此為了進(jìn)一步驗(yàn)證超長(zhǎng)管棚加固措施的可行性和可靠性，在后續(xù)施工中選取D1K437+510～D1K437+570段作為試驗(yàn)段，采取針對(duì)措施開展超長(zhǎng)管棚支護(hù)試驗(yàn)。試驗(yàn)段圍巖級(jí)別仍維持V級(jí)不變，巖層均為炭質(zhì)頁(yè)巖，巖體易破碎強(qiáng)度低，地下水豐富易坍塌，與D1K437+430～D1K437+450段圍巖無(wú)明顯差異。

4.1 試驗(yàn)段加固措施

試驗(yàn)段施工過程中結(jié)合溶腔段圍巖變形情況，按臺(tái)階法施工，必要時(shí)設(shè)置臨時(shí)橫撐，加強(qiáng)支護(hù)采用I18型鋼鋼架，0.6 m/榀，環(huán)向盲管加密至3 m/環(huán)，試驗(yàn)段支護(hù)參數(shù)如表3所示。

表3 試驗(yàn)段超長(zhǎng)管棚參數(shù)Table 3 Parameters of the ultra-long pipe roof in the test section

4.2 試驗(yàn)段監(jiān)測(cè)結(jié)果

采用大管棚加固措施后，統(tǒng)計(jì)得到試驗(yàn)段及充填溶腔處(D1K437+430)圍巖累計(jì)變形數(shù)據(jù)如表4所示。由表4可知，試驗(yàn)段圍巖整體變形量值小于充填溶腔處，表明在采用大管棚加固措施后試驗(yàn)段累計(jì)變形量值較小，圍巖變形控制效果較好。

表4 圍巖累計(jì)變形數(shù)據(jù)Table 4 Cumulative deformation data of surrounding rock

4.3 變形控制效果

超長(zhǎng)管棚加固后，充填溶腔段圍巖變形實(shí)測(cè)值與計(jì)算值數(shù)據(jù)對(duì)比如表5所示。結(jié)合圍巖變形特征及表5可知，實(shí)測(cè)值與計(jì)算模擬值吻合程度良好。

根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)可以看出，在采用超長(zhǎng)管棚加固后，充填溶腔處拱頂沉降及圍巖變形均控制在安全范圍內(nèi)，安全無(wú)塌落現(xiàn)象，達(dá)到了預(yù)期的效果。

表5 實(shí)測(cè)值與計(jì)算值數(shù)據(jù)對(duì)比Table 5 Comparison of measured value and calculated value data

4.4 應(yīng)用效果

充填溶腔段D1K437+430～D1K437+450自2017年8月9日開始施工，8月10日上午遭遇充填溶腔后出現(xiàn)突水情況，施工現(xiàn)場(chǎng)迅速組織人員撤離未造成任何人員傷亡，積水積泥清理完成后組織人員分析突水、涌泥原因，給出對(duì)溶腔采用C20混凝土回填后應(yīng)用超長(zhǎng)管棚加固的專項(xiàng)處治方案，直至加固完成累計(jì)共78 d，在后續(xù)施工中加強(qiáng)掌子面前方及周邊超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作及處治監(jiān)測(cè)工作，加強(qiáng)隧底和周邊探孔，及時(shí)收集資料進(jìn)行分析，預(yù)防溶腔突水等地質(zhì)災(zāi)害，試驗(yàn)段D1K437+510～D1K437+570共計(jì)62 d對(duì)比可知，隧道施工效率明顯提高。

目前巴羅二號(hào)隧道已成功貫通，對(duì)充填溶腔處采用超長(zhǎng)管棚加固后，試驗(yàn)段及在后續(xù)施工中遇此類情況時(shí)采用相同加固措施后，未出現(xiàn)異常情況施工效果良好，采用超長(zhǎng)管棚加固措施對(duì)該地層圍巖變形控制效果較好。

5 結(jié)論

(1)由于富水巖溶地層下地下水豐富，圍巖受侵蝕嚴(yán)重，圍巖穩(wěn)定性差，隧道與充填溶腔間塑性區(qū)形成貫通，極易導(dǎo)致圍巖失穩(wěn)，發(fā)生突水涌泥等災(zāi)害，因此隧道施工時(shí)應(yīng)及時(shí)對(duì)充填溶腔進(jìn)行處治和加固。

(2)采用超長(zhǎng)管棚加固對(duì)圍巖變形進(jìn)行控制，數(shù)值模擬表明，超長(zhǎng)管棚彎矩值和軸力值隨開挖進(jìn)度不斷增大，但分布逐漸均勻，超長(zhǎng)管棚解析解與軟件模擬數(shù)值解應(yīng)變分布規(guī)律基本一致，說明超長(zhǎng)管棚增強(qiáng)了圍巖穩(wěn)定性。

(3)采用超長(zhǎng)管棚加固后，圍巖豎向位移降低76.3%，左側(cè)拱腰收斂值降低63.85%，證明采用超長(zhǎng)管棚加固后隧道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性明顯增強(qiáng)。現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與模擬分析數(shù)據(jù)吻合度較高，說明模擬分析結(jié)構(gòu)具有一定可靠性。

(4)試驗(yàn)段應(yīng)用結(jié)果表明，在采用超長(zhǎng)管棚加固措施后，圍巖變形量值得到有效控制，拱頂沉降值，拱腰收斂值整體低于充填溶腔段，變形量值基本處于安全范圍內(nèi)。試驗(yàn)段在施工過程中未發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象，施工效率提高且效果良好，保證了后續(xù)施工的順利進(jìn)行。