２００７年第１０期 探矿工程（岩土钻掘工程） ７３ 度尚未探明，基底换填工程量大，工期长，不切实际。 方案二：注浆加固。该方案主要根据隧道底部 隧道底部采用拱梁结构跨越，拱梁沿隧道纵向 的设置如图２所示，两端支承在基岩（Ⅲ级围岩） 岩溶充填物的不同性质，采用压密注浆、劈裂注浆、 高压旋喷注浆等方法加固岩溶充填物，提高其承载 能力。该方案在淤泥质地层进行注浆加固技术要求 上，拱跨１８ ｍ，梁高１ ｍ，拱轴线半径为１１ ｍ，拱梁 采用钢筋混凝土材料，其上溶洞充填物采用浆砌片 石换填。在隧道横断面上，拱梁设置在整个溶洞范 高，难以保证注浆效果，隧道的安全性无法得到保 证。 方案三：桩基处理。该方案主要采用桩基础来 承受上部围岩及衬砌结构的荷载，桩基础包括旋喷 桩、挖孔桩、钻孔桩、碎石桩、砂桩、石灰桩、钢管桩 等，根据实际岩溶充填物的性质采用不同的桩基础。 然而在隧道内进行桩基施工，设备操作空间小，施工 难度大，工期长，造价高，施工质量也难以保证。 方案四：复合地基处理。复合地基是指由２种 刚度不同的材料组成的，共同承受上部荷载并协调 变形的人工地基，最常用的复合地基是桩基础和其 他地基组成的复合地基。由于复合地基在施工难度 等方面同桩基础类似，在隧道中应用也较为困难。 方案五：筑梁或拱结构跨越。该方案不需要对 溶洞充填物进行处理，直接采用筑拱或梁结构跨越 溶洞，将上部荷载转移到拱梁结构上。该方案简单 易行，施工方便，但对溶洞两侧的基岩的承载力要求 较高。 由于本隧道溶洞两侧基岩完整，承载力较高，因 此采用方案五是较为可行的方法。 ３溶洞段隧道支护结构及隧底拱梁结构设计 如图１所示，溶洞段隧道支护结构采用复合式 衬砌，初期支护采用１５ ｅｍ厚的钢纤维喷射混凝土， 同时加设３．５ ｍ长的中空注浆锚杆，其间距为１．２ ｍ；二次衬砌采用７５ ｃｍ厚的Ｃ３０钢筋混凝土。位 于溶洞内的隧道，隧底以上溶洞充填物全部清除，施 作７５ ｃｍ厚的Ｃ３０钢筋混凝土结构，其上施作２．０ ｍ厚的Ｃ１５片石混凝土护拱。 Ｉ ， 图Ｊ 溶洞段支护结构示意图 围内，以分散墙底压力。 图２拱粱结构示意图 ４计算模型及计算荷载 隧道支护结构承受围岩压力以及拱顶回填片石 ？昆凝土的重力，并通过隧道中墙和边墙传递到中墙 和边墙基底的基岩上。因此对隧道跨越溶洞结构的 安全性进行分析可分两步进行，首先计算围岩压力 作用于隧道衬砌结构所产生的中墙基底处的压力， 而后将此压力作用于基底跨越结构进行分析。 连拱隧道在施工过程中有两种结构状态，即单 跨衬砌结构状态与双跨衬砌结构状态。先行施作的 单跨衬砌结构是偏压结构，而最终完成的双跨衬砌 结构是对称结构，本文重点考虑的是中墙基底的压 力，双跨衬砌结构产生的压力显然较单跨大，故取其 为研究对象，其计算简图见图３。 ． ．图３衬砌结构计算筒图 通过计算，隧道中墙基底压力（每延米）为２１７０ ｋＮ，隧道中墙基底宽度为２．６ ｍ，因此作用荷载为 ８３５ ｋＮ／ｍ 。 需要说明的是，由于隧道底部在整个溶洞范围 内都采用了拱梁结构，中墙基底以外的拱梁结构将 会分担一部分中墙基底荷载，因此，实际作用在拱梁 维普资讯 http://www.cqvip.com ７４ 探矿工程（岩土钻掘工程） ２００７年第ｌ０期 上的压力应该比计算值要小，但出于准确判断的难 度与顾及到施工中可能出现一些意料不到的不利因 素，计算中未予以折减。计算出中墙基底荷载后，即 可将此荷载作用在拱梁结构上进行进一步计算。对 于拱梁跨越结构，两端支承在基岩上，为固定端支 座，考虑溶洞充填物的部分抗力约束，这时求解位于 不同地基上的弹性地基曲梁问题，可按局部变形理 论，即用温克勒尔（Ｗｉｎｋｌｅｒ）假定模拟岩溶地基的沉 降变形，采用有限单元位移法编程后进行计算，其计 算图式见图４，计算参数为：截面高度１ Ｉｌｌ，容重２５ ｋＮ／ｍ ，弹性模量２８．５ ＧＰａ，溶洞充填物抗力系数 ２０ ＭＰａ／ｍ，作用荷载８３５ ｋＮ／ｍ 。 图４拱梁结构计算简图 ５计算结果及分析 ５．１计算结果分析 根据以上计算，分别得到拱梁结构的位移、轴力 和弯矩分布如图５～７所示（由于内力分布对称，图 中只给出了半结构的结果图）。 图５拱梁结构位移分布图 从计算结果来看，最大位移发生在拱梁的跨中 （拱顶），达到３．６ Ｏｌｌｌ，往拱脚方向位移逐渐减小，在 靠近拱脚处出现向上的位移。轴力分布整个拱梁结 构均处在受压状态，在跨中为最小，到拱脚位置出现 最大值，这说明拱脚基岩将承受很大的压应力，在设 计中应予以重视。弯矩分布则在跨中出现最大正弯 矩，在拱脚出现最大负弯矩，也即在跨中位置拱梁底 图６拱梁结构轴力分布图 图７ 拱梁结构弯矩分布图 面受拉，而在拱脚位置则是拱梁的顶面受拉，这两个 位置也是拱梁结构的最不利位置，因此在配筋设计 中应给予足够的重视。 ５．２安全性判断 对隧道底部岩溶地基采用拱梁跨越结构进行处 理后，其安全性主要体现在２个方面：一是拱梁结构 本身的承载力以及拱脚基岩的承载力是否满足要 求；二是拱梁的位移（沉降）是否满足要求，即经过 处理后连拱隧道中墙和边墙的沉降差异是否会导致 隧道结构的安全使用受到影响。 ５．２．１ 承载力要求 从拱梁的受力状态分析可知，其同隧道的拱部 衬砌结构类似，都属于偏心受压构件，因此对其承载 力的验算可按我国隧道设计规范规定的隧道衬砌结 构的验算方法进行，限于篇幅，具体计算公式从略。 根据计算，可得隧道底部拱梁结构的安全系数分布 如图８所示。从中可看出，除少数点满足安全系数 的要求外，拱梁结构多数部位均不满足安全系数的 要求，因此对拱梁结构必须进行配筋，以提高其承载 力。 通过计算，拱梁结构作用于基岩上的应力达到 ０．９４３ ＭＰａ，隧底溶洞两端基岩为Ⅲ级围岩，其基底 承载力为１．０ ＭＰａ，基岩的承载力满足要求。 ５．２．２位移要求 对于隧道结构能够承受多大的不均匀沉降，特 维普资讯 http://www.cqvip.com ２００７年第ｌ０期 探矿工程（岩土钻掘工程） ６结语 ７５ 结合一连拱隧道底部岩溶处理的工程实例，在 综合比较多种底部岩溶处理方法的基础上，确定了 拱梁结构的处理方案，并针对该处理方案，建立了计 算模型，确定了计算荷载，提出了隧道底部拱梁结构 的安全评判标准，对其安全性进行了分析。 （１）该连拱隧道现有拱梁结构跨越溶洞不能确 保其安全，必须对其进行配筋设计，同时采取增大拱 图８拱梁结构安全系数分布图 梁刚度、处理隧底溶洞充填物等措施减小其位移。 （２）根据计算，隧道拱脚处应力较大，在进行拱 梁设计时，应确保拱脚处于稳定的基岩上，必要时应 对拱脚基岩进行处理。 参考文献： ［１］ 张德和．隧道穿越溶洞堆积物的设计与施工［Ｊ］．西部探矿工 程，１９９９，１１（２）：４２—４７． 别是连拱隧道中墙和边墙在多大的差异沉降下能够 保证隧道的安全使用，目前国内还没有相关的标准。 参照文献［７］，对于地表的一般钢筋混凝土框架结 构，当差异沉降６和建筑物长度 的比值６／Ｌ达到 １／５００时，结构开始出现裂缝，当比值６／Ｌ达到１／ １５０时，结构产生严重变形而影响正常使用。根据 计算，隧道溶洞段采用拱梁结构处理后中墙最大下 沉达到３．６ ｃｍ，隧道单跨宽度为１４ ｍ，比值６／Ｌ为 １／３８９。由此判断该隧道隧底经过拱梁处理后仍有 可能由于中墙沉降过大而导致隧道衬砌结构开裂， 但隧道还可正常使用。 ［２］李杰，黄永红．隧道施工中几种典型岩溶的处理［Ｊ］．铁道建筑 技术，２００２，（增刊）：５２—５４． ［３］ 赵明阶，敖建华，刘绪华，等．隧道底部溶洞对围岩变形特性的 影响分析［Ｊ］．重庆交通学院学报，２００３，２２（６）：２０—２４． ［４］ 赵明阶，刘绪华，敖建华，等．隧道顶部岩溶对围岩稳定性影响 的数值分析［Ｊ］．岩土力学，２００３，２４（３）：４４５—４４９． ［５］李亚武．岩溶地基处理技术［Ｊ］．铁道工程学报，２００２，（４）：４４ —需要说明的是，以上结论是参照地表建筑物差 异沉降的标准得出的，对于处于地下的隧道结构，由 于围岩的约束作用，其受不均匀沉降的影响可能会 减小，但隧道的受力状态会因此改变，有关这方面将 在进一步的研究中进行探讨。 （上接第６３页） ４９． ［６］ 林存友．铁路隧道隧底岩溶的处理［Ｊ］．铁道建筑技术，２００１， （２）：１３—１４． ［７］ 刘建航，侯学渊．基坑工程手册［Ｍ］．北京：中国建筑工业出版 社．１９９７． 结，后期的帷幕灌浆孔的冒浆预防对于灌浆质量起 （５）钻进中，当地层换层时，不论是由软变硬还 到了决定性作用，我院在工期、灌浆质量、效率、效益 方面取得了好的成果，并且该工程达到帷幕灌浆优 良工程。 ６结语 是由硬变软，或者是由完整变破碎，由破碎变完整等 情况，均应减压减速钻进，对其进尺的速度和冲洗液 的流量及压力也应加以适当的控制； （６）钻进中，应勤检查钻机有无移动，立轴钻进 的方向有无变化，发现应及时纠正； 要保证帷幕灌浆孔不发生冒浆，绝非易事。虽 然结合地质条件采取多种技术措施和操作方法，可 以预防，但往往也很难以避免冒浆现象。如果用增 （７）为防止冒浆发生，必须熟悉所使用机械的 性能和钻孔的特点，经常研究，总结经验，在帷幕的 钻孔中，应对冒浆及时控制，以利于及时处理； （８）止浆套管下入孔内时，应保证一定的打入 深度，可采用小２级的钻具进行探测接触段位置，在 确定接触段位置后，再根据经验参数或试验参数的 加止浆厚度等方法来加强控制，势必要增加浩繁的 工作量，增加工期。因此，对于解决冒浆问题，笔者 认为，不仅要从施工方面人手，而且要从设计方面着 手。并通过灌浆试验获得相关参数与技术方法，避 免冒浆现象。 厚度进行止水止浆套管作业。 ５施工效果 通过实验段的冒浆事故的处理与预防施工总
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