巖溶區(qū)V級(jí)圍巖大跨度隧道工法關(guān)鍵技術(shù)剖析

巖溶區(qū)V級(jí)圍巖大跨度隧道工法關(guān)鍵技術(shù)研究引言我國(guó)是碳酸鹽巖分布極為廣泛的國(guó)家， 覆蓋、掩埋及出露的碳酸鹽巖總面積約占我國(guó)領(lǐng)土面積的三分之一。隨著我國(guó)西部大開發(fā)和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)步伐的加快，為了改善公路線形標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)交通運(yùn)輸高速化、重載化，修建大量長(zhǎng)大公路隧道勢(shì)在必得。云南省以山區(qū)為主，公路建設(shè)需要修建大量隧道。由于山勢(shì)的蜿蜒起伏，選線十分困難復(fù)雜，大跨度隧道不可避免地穿越巖溶地區(qū)。巖溶區(qū)地下水豐富，高承壓水，部分呈現(xiàn)破碎的堆積體狀態(tài)，透水性能好，強(qiáng)度低等特點(diǎn)。巖溶區(qū)破碎圍巖中修建大跨度隧道，需要采用超前管棚結(jié)合注漿加固巖土體，然后再分步開挖、支護(hù)初襯、出碴、二襯等，施工工序復(fù)雜，環(huán)節(jié)多，地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測(cè)難以保證。盡管現(xiàn)有隧道設(shè)計(jì)和施工規(guī)范，對(duì)大跨度隧道的結(jié)構(gòu)都做了部分考慮，尤其在破碎圍巖中滲漏水問(wèn)題特別嚴(yán)重，嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)的壽命和運(yùn)營(yíng)期間的安全。因此，巖溶地區(qū)大跨度公路隧道的施工力學(xué)機(jī)理、開挖關(guān)鍵技術(shù)及支護(hù)機(jī)制等相關(guān)研究成為巖溶地區(qū)長(zhǎng)大隧道勘測(cè)、施工所面臨的重要問(wèn)題和難題。云南已經(jīng)建成的公路隧道中，近一半以上的隧道地質(zhì)條件復(fù)雜，導(dǎo)致后期工程變更較多，嚴(yán)重影響了施工工期，同時(shí)也增加了較大的工程投資。為了搞好云南省隧道建設(shè)，很有必要對(duì)國(guó)內(nèi)外巖溶區(qū)大跨度隧道的施工和質(zhì)量控制技術(shù)進(jìn)行廣泛調(diào)研分析，結(jié)合云南省公路隧道的特點(diǎn)，提出保證巖溶區(qū)大跨度壓隧道施工安全、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和質(zhì)量?jī)?yōu)良的技術(shù)措施，制定相應(yīng)的技術(shù)指南，為隧道建設(shè)提供有力支撐。呈（呈貢）——澄（澄江）高速公路正在建設(shè)中的提古鋪隧道雙向六車道，行車道寬度3×3.75m，歸屬于大跨度隧道。該隧道位于提古鋪村的北東側(cè)，官倉(cāng)山南側(cè)的山體上。隧址區(qū)系構(gòu)造剝蝕低中山區(qū)卡斯特地貌，溝谷以“V”型谷為主，因受水系的切割和構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的制約，逐漸演化成一系列的低中山、嶺谷地形，海拔高度在2060m～2257m，山體地表覆蓋有殘破積層，巖性為二疊系下統(tǒng)陽(yáng)新組灰?guī)r或二疊系上統(tǒng)峨眉山玄武巖組。隧道段為東北 -西南走向，主線穿越自穩(wěn)能力較差的軟弱IV和V級(jí)圍巖強(qiáng)風(fēng)化砂巖、構(gòu)造破碎帶，溶洞發(fā)育、地質(zhì)條件復(fù)雜、施工條件困難，較差的地質(zhì)條件給該隧道安全開挖技術(shù)提出了新的挑戰(zhàn)，如雙側(cè)壁導(dǎo)坑法側(cè)壁導(dǎo)坑的開挖順序、 先后行洞的合理施工間距等， 均對(duì)隧道圍巖的穩(wěn)定性影響非常明顯。因此，巖溶區(qū) V級(jí)圍巖大跨度隧道的穩(wěn)定性分析和相關(guān)的開挖關(guān)鍵技術(shù)研究就顯得日益重要。課題以呈澄高速提古鋪隧道為工程背景， 對(duì)隧道施工中出現(xiàn)的難點(diǎn)問(wèn)題， 如地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測(cè)、大跨度隧道施工力學(xué)機(jī)理、基于“新奧法”思想的開挖支護(hù)技術(shù)及信息化動(dòng)態(tài)施工等四個(gè)方面探索了巖溶地區(qū)大跨度公路隧道的動(dòng)態(tài)施工關(guān)鍵技術(shù)，為我國(guó)同類隧道的建造提供直接的指導(dǎo)。隧道研究現(xiàn)狀2.1大跨隧道國(guó)內(nèi)外建設(shè)現(xiàn)狀在我國(guó)，截止 2008年底，我國(guó)已建成的隧道數(shù)目超過(guò) 8000座，長(zhǎng)度超過(guò)5000km，其中多數(shù)都屬于大跨隧道，今后一段時(shí)期內(nèi)，伴隨高速公路的建設(shè)，我國(guó)隧道將在數(shù)量，長(zhǎng)度，跨度，復(fù)雜程度上有更高的突破。位于廣深珠高速公路上的白花山隧道，跨度長(zhǎng)達(dá)17m。京珠高速公路上的大寶山隧道，修建于1996年，跨度也達(dá)到15m。此外還有貴陽(yáng)高速公路上的黃蓮坡隧道等，跨度都超過(guò)了13m。目前，在隧道領(lǐng)域，日本和奧地利等國(guó)家隧道技術(shù)的研究較為靠前。 日本的第二布引隧道，其最大開挖寬度達(dá)到了24m，韓國(guó)修建的四車道隧道采用三心圓扁平拱式斷面，凈跨達(dá)到18米，高度近10米。在歐洲美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)成功的建設(shè)了各種大跨偏壓小凈距隧道，隧道修建技術(shù)也極為領(lǐng)先，從上世紀(jì) 60年代末就已經(jīng)開始了對(duì)各種類型隧道的研究和實(shí)踐， 現(xiàn)在已達(dá)到一定的理論水平和技術(shù)水平。2.2大跨隧道國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀在隧道領(lǐng)域，我國(guó)與外國(guó)相比還具有很大差距， 而在日本，很早就開始對(duì)各種公路隧道技術(shù)進(jìn)行研究，將隧道的設(shè)計(jì)施工技術(shù)作為重大課題進(jìn)行研究， 如今已形成相對(duì)完整的體系。我國(guó)對(duì)大跨隧道的理論研究不足之處主要體現(xiàn)在對(duì)大跨隧道的施工方法和對(duì)大跨隧道的施工力學(xué)行為研究等。 對(duì)大跨隧道的理論，我國(guó)現(xiàn)階段已取得的研究成果有：姚明會(huì)通過(guò)討論軟弱圍巖地質(zhì)條件下大跨度淺埋地鐵隧道雙側(cè)壁導(dǎo)坑的施工技術(shù)， 確保隧道施工的安全性；朱亮來(lái)分析了雙側(cè)壁導(dǎo)坑法和臺(tái)階法的優(yōu)化對(duì)比，得出臺(tái)階法施工具有對(duì)圍巖穩(wěn)定性擾動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)； 王海珍等研究了不同圍巖級(jí)別對(duì)隧道穩(wěn)定性的影響，并給出合理的開挖方法，提出合理的監(jiān)測(cè)方式，指導(dǎo)工程施工；王景春分析了隧道掘進(jìn)原理，對(duì)隧道盾構(gòu)技術(shù)做了詳細(xì)介紹；吳夢(mèng)軍等研究并分析了特大斷面合理施工順序；郝哲等通過(guò)對(duì)金州某隧道現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)，得出了各個(gè)施工工序的合理搭接時(shí)間；張崇棟通過(guò)對(duì)靠椅山隧道塌方事故進(jìn)行細(xì)致的分析，得出深孔注漿加固穩(wěn)定塌方漏斗松散體，來(lái)處理大跨度的塌方比較有效，應(yīng)采用超前小導(dǎo)管加固措施輔助施工來(lái)進(jìn)行洞內(nèi)施工，并且雙側(cè)壁導(dǎo)坑法的開挖方式最為安全；唐國(guó)榮，章慧健等以烏蒙山2號(hào)隧道為依托，從不同施工階段對(duì)特大跨隧道的施工控制技術(shù)進(jìn)行了分析，并得出了合理結(jié)論；王更峰，熊曉暉等研究了大跨小凈距隧道的不同開挖方法所適用的圍巖地質(zhì)條件；程遠(yuǎn)，劉志彬等對(duì)大跨淺埋公路隧道施工風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別方法進(jìn)行研究；龔智輝等指出在滿足隧道選線的前提下，最好使隧道雙洞的中心連線與垂直方向夾角較大，如此會(huì)提高隧道施工的安全性；朱正國(guó)，李文江等研究了隧道的安全影響因素；張旭東，龔黃明等對(duì)燈草塘隧道的施工過(guò)程進(jìn)行了計(jì)算模擬分析；劉松玉，湯勁松等通過(guò)分析得出了小凈距隧道最小安全凈距。國(guó)外一些發(fā)達(dá)國(guó)家非常重視公路隧道建設(shè)， 尤其是北歐的瑞典、挪威、奧地利和我國(guó)的鄰國(guó)韓國(guó)、日本在發(fā)展公路隧道技術(shù)方面處于領(lǐng)先地位，過(guò)去三十多年里在大跨度扁坦公路隧道建設(shè)中積累了豐富的經(jīng)驗(yàn),新奧法設(shè)計(jì)與施工技術(shù)。圍巖動(dòng)態(tài)分析技術(shù)、中隔壁法、雙側(cè)壁導(dǎo)坑超前法、TBM法等得到廣泛應(yīng)用，根據(jù)目前的資料，韓國(guó)在大跨度隧道的建設(shè)方而己經(jīng)走在世界前列，現(xiàn)在，韓國(guó)在建和己建成的四車道大跨度公路隧道己經(jīng)有11座，在設(shè)計(jì)方面，根據(jù)隧道所處的地質(zhì)情況，采用土力學(xué)和巖石力學(xué)中的數(shù)值分析方法進(jìn)行計(jì)算，在施工期結(jié)合新奧法基本原理和要求在洞室內(nèi)部進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)控測(cè)量，主要內(nèi)容有：拱頂下沉監(jiān)測(cè)，拱周邊變形監(jiān)測(cè)、錨桿軸力和錨固力測(cè)定、噴射混凝土與圍巖間接觸應(yīng)力的測(cè)定以及圍巖變形監(jiān)測(cè)。國(guó)內(nèi)外對(duì)大跨度隧道的施工技術(shù)進(jìn)行過(guò)大量的研究，也成功地修建了眾多的公路和鐵路隧道，軟弱圍巖則是隧道施工中的典型不良地質(zhì)條件，目前重點(diǎn)研究了圍巖的穩(wěn)定及其控制特點(diǎn)。從國(guó)內(nèi)外研究資料可以看到，許多學(xué)者分別從大跨隧道、穿越巖溶區(qū)和V級(jí)圍巖隧道方面的研究已經(jīng)取得了一定的成果，而很少對(duì)三者的組合結(jié)構(gòu)——巖溶區(qū)大跨度V級(jí)圍巖隧道進(jìn)行深入研究，在此尚缺乏系統(tǒng)得理論研究和工程實(shí)踐成果，所存在的主要問(wèn)題是如何提高該類隧道施工技術(shù)的可靠性，顯然以經(jīng)驗(yàn)為主的施工技術(shù)在重大工程建設(shè)中函需進(jìn)行深化研究，建立起系統(tǒng)的理論認(rèn)識(shí)，使復(fù)雜隧道的建造技術(shù)建立在科學(xué)化的基礎(chǔ)之上。 因此，加強(qiáng)針對(duì)巖溶區(qū)大跨隧道施工關(guān)鍵技術(shù)的研究十分必要且具有現(xiàn)實(shí)意義。2.3巖溶隧道施工地質(zhì)災(zāi)害研究現(xiàn)狀巖溶隧道地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，可能造成重大人員傷亡，施工期往往造成洞內(nèi)隧道。施工機(jī)具和運(yùn)輸軌道被掩埋或淹沒(méi)，施工中斷，工期延誤，洞外則因洞內(nèi)巖溶涌水、涌泥、涌砂造成地表塌陷和地表水源枯竭，引發(fā)地表生態(tài)環(huán)境災(zāi)害；運(yùn)營(yíng)期會(huì)造成掩埋或淹沒(méi)隧道；中斷行車表1是部分長(zhǎng)大巖溶隧道在施工期和運(yùn)營(yíng)期間發(fā)生嚴(yán)重涌水、涌泥、涌砂、泥石流、地表塌陷，地表水枯竭等巖溶地質(zhì)災(zāi)害，有的隧道巖溶地質(zhì)災(zāi)害已經(jīng)對(duì)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境造成重大影響， 如南嶺鐵路隧道等。表1部分長(zhǎng)人隧道巖溶地質(zhì)災(zāi)害情況隧道名稱地質(zhì)災(zāi)害描述述施工期涌水量：4000～15000m3，運(yùn)營(yíng)期涌水量：旱/d3000(季)/22000m3；雨季：平導(dǎo)DK1994+213涌水造成豎井被/d()大瑤山鐵路隧道淹，洞內(nèi)機(jī)具被淹達(dá)數(shù)月；正洞DK1994+600涌水淹沒(méi)隧(14294m)道200余m，水深1.4m，隧底淤積泥砂厚lm，中斷施工長(zhǎng)達(dá)l年之久；DK1994+636～+637處發(fā)生涌泥、涌砂80m3，掩埋軌道，造成短時(shí)一中斷行車；地表斑古坳地區(qū)生產(chǎn)生活用水枯竭；地表坍塌約413個(gè)次DK1935+745.4處發(fā)生涌水淹沒(méi)導(dǎo)坑，淤塞導(dǎo)坑3水量：81000m/d；

177m，涌南嶺鐵路隧道

DK1935+518DK1935+745

處發(fā)生涌泥處發(fā)生涌泥

3次共3次共

1539m3，淤塞導(dǎo)坑3

44m；177m；（6062m）

DK1935+467

處發(fā)生涌泥

4次共

2130m3，淤塞導(dǎo)坑

60m；DK1936+269

處發(fā)生涌泥一次共

2000m3；地表兩次斷裂，河水倒灌；地表坍塌約

40個(gè)次施工期涌水量：110000m3/d(出口 DK361+764)；DK354+450~+510溶洞發(fā)生涌水為 96000～165600m3/d，伴隨涌砂涌泥，淤積長(zhǎng)度130m，高度2.5m，涌砂量約1300m3；圓梁山鐵路隧道DK354+879溶洞發(fā)生涌水，伴有涌泥涌砂(總量約6000m3)，(11068m)最大涌水量達(dá)72000m3，造成人員傷亡事故，被迫采用迂/d回導(dǎo)坑通過(guò)；DK360+873掩埋導(dǎo)洞近200m；DK361+764處發(fā)生涌水涌砂涌泥，涌水量為240000m3，涌泥砂覆蓋整個(gè)掌子面，淤積量約 15000m3施工期涌水量：25000m3；年4月日，/d200111DK239+911處發(fā)生涌水淹沒(méi)平導(dǎo)和正洞，洞日下方319國(guó)道交通被迫彭水鐵路隧道中斷，此后，共發(fā)生5次較大涌水，2001年6月11日淹沒(méi)(9028m)平導(dǎo)和正洞，全面停工，與此同時(shí)，地表九股水、老瓦屋暗河近于斷流；DK239+l17處發(fā)生涌泥，淹沒(méi)平導(dǎo)洞65m，涌泥量約800m3西段左線最大突水量達(dá) 686900m3/d，右線達(dá)25100m3/d，伴有嚴(yán)重的突泥涌砂出現(xiàn)，累計(jì)量達(dá)27000m3；YK34+669發(fā)華鑒山公路隧道 生涌水，涌水量為 1329.6～51048m3/d，含泥砂最高達(dá)到36%；YK34+18處發(fā)生突水、涌泥、涌砂，涌水量1142.4～(4705.95m、4684m) 40224m3/d，含泥砂最高達(dá)到16.8%巖溶洞穴對(duì)隧道圍巖穩(wěn)定性的影響，取決于洞穴的規(guī)模、充填物性狀、含水程度、洞穴走向與隧道軸向之間的關(guān)系、洞穴與隧道的距離。巖溶洞穴的存在狀態(tài)及其對(duì)隧道圍巖穩(wěn)定性的影響有以下幾個(gè)方面：隧洞周圍存在隱伏溶洞，在施工階段可能不會(huì)對(duì)施工產(chǎn)生影響，但對(duì)隧洞圍巖的穩(wěn)定性和運(yùn)行期的穩(wěn)定性會(huì)有不同程度的影響，如運(yùn)營(yíng)期隧道底板塌陷，雨季大暴雨造成巖溶涌水、涌泥、泥石流或圍巖坍塌等災(zāi)害；隧洞施工中遇到暗河、巖溶管道水和各種充填溶洞，特別是充填砂、淤泥的溶洞，不僅會(huì)影響隧洞的穩(wěn)定，而且由于大量涌水、涌泥、泥石流，對(duì)施工造成威脅和人民生命財(cái)產(chǎn)的巨大浪費(fèi)。充填溶洞對(duì)隧道施工與運(yùn)營(yíng)的影響，取決于巖溶充填物的性質(zhì)和隧道涌水量的大??；隧道開挖中遇到大巖溶洞穴，但無(wú)充填物和地下水，對(duì)地下洞室穩(wěn)定性的影響相對(duì)比較小，其影響程度，取決于洞穴的規(guī)模、溶洞周圍巖體的穩(wěn)定性和巖體的質(zhì)量及其與隧道的位置關(guān)系、隧道斷面尺寸、隧道施工技術(shù)等眾多因素。隧道未開挖之前，地層中大洞穴周圍的巖體沒(méi)有受到侵蝕，多數(shù)洞穴是穩(wěn)定的。巖溶洞穴臨近隧道洞室周邊存在，設(shè)計(jì)與施工都要考慮巖溶洞穴對(duì)隧道施工和運(yùn)營(yíng)的影響；洞穴的邊緣從隧道中心開始在隧道開挖的平均半徑的 2～3倍以上(根據(jù)圍巖狀態(tài)和洞穴大小、形態(tài)及線路的安全度等決定)，則隧道可以不需要特別設(shè)計(jì)；洞穴邊界在隧道附近(即洞穴從隧道中心開始在隧道開挖的平均半徑的2～3倍的范圍以內(nèi))，則隧道的設(shè)計(jì)與施工必須要有相應(yīng)的對(duì)策。目前國(guó)內(nèi)外，在隧道施工期巖溶地質(zhì)預(yù)報(bào)和探測(cè)方面，已經(jīng)成功發(fā)展了多種方法，主要是綜合地質(zhì)分析法+超前探孔法+現(xiàn)代物探法的綜合地質(zhì)預(yù)報(bào)和洞身巖溶探測(cè)系統(tǒng)。各種物理方法主要是利用巖石和水體的某些物理特性，如表 2所示。表2隧道巖溶探測(cè)的主要方法物理方法物探法巖石和水的物理特性磁法地質(zhì)雷達(dá)(GRP)磁化率、磁導(dǎo)率電法各種電法電導(dǎo)率和介電特性地震法TSP、地震負(fù)視速度法和地震波速、衰減和密度高頻地震反射法地?zé)峒t外線技術(shù)熱導(dǎo)率、比熱和熱擴(kuò)散聲波法HSP聲波反射法和聲波CT層析技術(shù)聲波波速、衰減和密度主要研究?jī)?nèi)容、關(guān)鍵技術(shù)及考核指標(biāo)3.1主要研究?jī)?nèi)容基于巖溶地區(qū) V級(jí)圍巖大跨度公路隧道施工所面臨的重要問(wèn)題和難題，課題結(jié)合提古鋪隧道工程實(shí)例對(duì)巖溶地區(qū)大跨度隧道施工關(guān)鍵技術(shù)擬做以下探討和研究：1）分析巖溶地區(qū)隧道施工中通常發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害，研究各種常見(jiàn)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的機(jī)理以及施工過(guò)程中預(yù)防措施；2）探討大跨度公路隧道的施工力學(xué)機(jī)理和不同支護(hù)方式的力學(xué)原理，結(jié)合工程實(shí)例歸納巖溶區(qū)大跨度公路圍巖的破壞形式和機(jī)理；3）綜合地質(zhì)雷達(dá)、超前鉆孔、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)等，介紹動(dòng)態(tài)信息化施工在巖溶區(qū)大跨度公路隧道工程的應(yīng)用實(shí)際情況，分析動(dòng)態(tài)信化息施工的理論和實(shí)際意義；測(cè)點(diǎn)5多點(diǎn)電測(cè)錨桿測(cè)點(diǎn)6多點(diǎn)位移計(jì)測(cè)點(diǎn)4A'A測(cè)點(diǎn)3多點(diǎn)電測(cè)錨桿G'H'H多點(diǎn)電測(cè)錨桿測(cè)點(diǎn)7G多點(diǎn)位移計(jì)C'D'C多點(diǎn)位移計(jì)行隧0D車道.0道中4多點(diǎn)位移計(jì)E5F多點(diǎn)位移計(jì)中線測(cè)點(diǎn)2線測(cè)點(diǎn)8多點(diǎn)電測(cè)錨桿E'2%F'多點(diǎn)電測(cè)錨桿路面B'B200.0圖1隧道監(jiān)控量測(cè)控制面板 筆記本電腦發(fā)射電腦 接收電路發(fā)射機(jī) 接收機(jī)接觸面測(cè)線目標(biāo)體圖2地質(zhì)雷達(dá)組成及探測(cè)示意圖324測(cè)線157 6圖3地質(zhì)雷達(dá)巖溶探測(cè)布置示意圖4）基于現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)與室內(nèi)試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果，獲取施工過(guò)程中隧道圍巖與支護(hù)體系的力學(xué)性狀,采用有限差分法進(jìn)行數(shù)值分析CD、CRD、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法與臺(tái)階法等開挖過(guò)程,并將數(shù)值計(jì)算結(jié)果與監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行校核，得到隧道圍巖、初期支護(hù)及二次襯砌應(yīng)力場(chǎng)與位移場(chǎng)的演變規(guī)律。1 32 4圖4單側(cè)壁導(dǎo)坑 CD法施工橫斷面示意圖561 32 7 4圖5雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工橫斷面示意圖1 32 45 6圖6單側(cè)壁導(dǎo)坑CRD法施工橫斷面示意圖5）以提古鋪隧道工程實(shí)例，歸納隧道的施工方案,討論不同圍巖條件下，基于雙側(cè)壁導(dǎo)坑法、CRD法、CD法、臺(tái)階法開挖技術(shù)，對(duì)比分析各種工法特點(diǎn)及適用條件，根據(jù)實(shí)際工程選擇幾種施工方案進(jìn)行數(shù)值模擬,對(duì)比各方案對(duì)圍巖及支護(hù)襯砌的影響,并通過(guò)分析指出施工中應(yīng)引起重視的施工階段和關(guān)鍵部位從而提煉出一套適應(yīng)于巖溶區(qū)大跨度隧道的施工關(guān)鍵技術(shù)。3.2關(guān)鍵技術(shù)1）結(jié)合地質(zhì)雷達(dá)正演化模擬分析與TSP等超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)查明巖溶分布狀況、發(fā)育形態(tài)與發(fā)育規(guī)律及運(yùn)動(dòng)規(guī)律等，查明溶洞的填充狀況及填充物的物理力學(xué)性質(zhì)，查明溶洞內(nèi)地下水發(fā)育狀況，并進(jìn)行量化分析，研發(fā)一種快捷、精準(zhǔn)的隧道巖溶探測(cè)及圍巖級(jí)別判定方法，據(jù)此制定溶洞處理方案；2）基于隧道監(jiān)控量測(cè)與數(shù)值理論計(jì)算，優(yōu)化巖溶區(qū)V級(jí)圍巖大跨度隧道開挖方法、開挖順序、先后行洞合理施工間距等相關(guān)的新工藝，提煉出一套切實(shí)可行適用于巖溶區(qū)大跨度隧道開挖的施工方案；3）通過(guò)分析隧道開挖過(guò)程中幾種支護(hù)加固與注漿方法對(duì)圍巖加固效果,開發(fā)出一套適用于巖溶區(qū)V級(jí)圍巖大跨度隧道支護(hù)體系及注漿工藝。3.3 創(chuàng)新點(diǎn)1）研究大跨度公路隧道的施工力學(xué)機(jī)理和不同支護(hù)方式的力學(xué)原理，結(jié)合工程實(shí)例歸納巖溶區(qū)大跨度公路圍巖的破壞形式和機(jī)理，為類似的大跨度隧道開挖巖溶區(qū)地質(zhì)災(zāi)害預(yù)防措施提供理論參考；2）通過(guò)課題研究，得到巖溶區(qū)V級(jí)圍巖復(fù)雜條件下大跨度隧道圍巖、襯砌與支護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)力場(chǎng)、位移場(chǎng)衰變規(guī)律，以便快捷、合理制定開挖方式、支護(hù)形式與注漿工藝等相關(guān)施工方案，節(jié)省成本，保證安全施工。3.4考核目標(biāo)1）借助監(jiān)控量測(cè)與有限元數(shù)值模擬，總結(jié)出圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)力位移場(chǎng)衰變規(guī)律；2）研究雙側(cè)壁導(dǎo)洞法、CD法、與CRD法三種工法的適用條件及其優(yōu)劣，開發(fā)出一套適用于巖溶區(qū)V級(jí)圍巖復(fù)雜地質(zhì)條件下大跨度圍巖隧道施工新技術(shù)與施工導(dǎo)則；3）發(fā)表核心論文3～5篇，專利2～4項(xiàng)；4）培養(yǎng)高級(jí)人才2～4人，中級(jí)職稱3～6人。研究技術(shù)路線、具體方案4.1技術(shù)路線本課題的技術(shù)路線如下圖 7所示。資料收集、調(diào)研現(xiàn)場(chǎng)預(yù)測(cè)方案 室內(nèi)試驗(yàn) 變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì) 理論分析超前地質(zhì)預(yù)報(bào)地質(zhì)雷達(dá) TSP量化分析正演模擬分析巖溶區(qū)探測(cè)判定圍巖級(jí)別圍巖及支護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)初步開挖方式、支護(hù)方案 圍巖物理力學(xué)指標(biāo)圍巖破壞力學(xué)機(jī)制力、應(yīng)變規(guī)律數(shù)值模擬CRD、CD、雙側(cè)壁導(dǎo)坑及臺(tái)階法開挖應(yīng)力場(chǎng)與位移場(chǎng)應(yīng)力場(chǎng)、位移場(chǎng)衰減規(guī)律改進(jìn)支護(hù)方案及開挖工法結(jié) 論圖7技術(shù)路線4.2具體實(shí)施方案總結(jié)大跨隧道的施工技術(shù)，基于依托工程，對(duì)Ⅴ級(jí)圍巖大跨隧道巖溶斷開挖法施工動(dòng)態(tài)力學(xué)過(guò)程以及合理的施工順序、 先后行洞合理施工間距，圍巖在開挖過(guò)程中應(yīng)力場(chǎng)、位移場(chǎng)演變規(guī)律進(jìn)行分析；借助于隧道監(jiān)控量測(cè)獲取隧道圍巖石與支護(hù)構(gòu)件應(yīng)力、應(yīng)變數(shù)據(jù)，基于巖土、巖石室內(nèi)測(cè)試，得到隧道圍巖石力學(xué)性狀，并結(jié)合有限元法數(shù)值模擬計(jì)算校核， 優(yōu)化開挖工藝和支護(hù)體系，從而達(dá)到課題的預(yù)期目標(biāo)。依托工程概況5.1工程概況云南省呈澄高速提古鋪隧道位于位于提古鋪村的北東側(cè)，官倉(cāng)山南側(cè)的山體上。隧址區(qū)主要位于普渡河斷裂和小江活動(dòng)斷裂帶之間，普渡河斷裂帶南起峨山小街，向北經(jīng)玉溪盆地西緣、新街、滇池西緣、普渡河河谷，直至寧南附近，全長(zhǎng)340km。隧址區(qū)系構(gòu)造剝蝕低中山區(qū)地貌，溝谷以“V”型谷為主，因受水系的切割和構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的制約，逐漸演化成一系列的低中山、嶺谷地形，海拔高度在2060m～2257m，山體地表覆蓋有殘破積層，巖性為二疊系下統(tǒng)陽(yáng)新組灰?guī)r或二疊系上統(tǒng)峨眉山玄武巖組。隧道段為東北-西南走向，隧道穿越山體呈南北走向隧道呈北西～南東向展布，洞身地形坡度一般為20o～30o，局部45o～55o。隧道連接呈貢市區(qū)，隧道右側(cè)為省道 202，由當(dāng)?shù)卮宓琅c洞口連接，交通便利，縮短了沿線甌江公路到市區(qū)所需要的公路里程， 屬于呈貢、澄江等重要城市的重要交通工程，將在區(qū)域網(wǎng)絡(luò)交通中發(fā)揮重要作用。 提古鋪隧道是是雙洞分離式大跨度雙向六車道，隧道右線起訖樁號(hào)為： YK7+935.0～YK9+657，長(zhǎng)1722m，隧道左線起訖樁號(hào)：ZK7+933.0～ZK9+609，長(zhǎng)1676m。隧道凈寬14.25m，建筑限界凈高：5.0m主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為山嶺區(qū)高速公路Ⅰ級(jí)公路，設(shè)計(jì)速度 80公里/小時(shí)。隧道平面圖8和地質(zhì)縱斷面圖分別見(jiàn)下圖 9、圖10。圖8 提古鋪隧道平面圖圖9右線縱斷面圖圖10左線縱斷面圖5.2工程設(shè)計(jì)特點(diǎn)提古鋪隧道道路等級(jí)為雙向六車道山嶺Ⅰ級(jí)公路，設(shè)計(jì)行車速度：80Km/h。隧道建筑限界：凈寬：0.75（右側(cè)檢修道）+0.75（左側(cè)側(cè)向?qū)挾龋?3×3.75（行車道）+0.75（右側(cè)側(cè)向?qū)挾龋?0.75（右側(cè)檢修道）=14.25m凈高：5.00m5.3隧道施工方法根據(jù)路灣隧道工程特點(diǎn)，為保證隧道安全施工，隧道施工應(yīng)按新奧法組織實(shí)施，主要工序采用機(jī)械化作業(yè)，隧道出碴采用無(wú)軌運(yùn)輸方式，二次襯砌澆注采用模板臺(tái)車。對(duì)隧道洞口淺埋土質(zhì)或易坍塌的軟弱圍巖地段，采用洞口大管棚超前支護(hù)并注漿加固，開挖采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工；對(duì)隧道洞身Ⅴ級(jí)圍巖地段采用超前小導(dǎo)管作為超前支護(hù)手段，開挖采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法；洞身Ⅳ級(jí)圍巖淺埋段一般采用超前錨桿加固圍巖，Ⅳ級(jí)圍巖開挖單側(cè)壁導(dǎo)坑法；Ⅲ級(jí)圍巖面采用臺(tái)階法施工。5.4提古鋪隧道巖溶段工程特點(diǎn)及難點(diǎn)隧道設(shè)計(jì)應(yīng)合理選擇方案,由于線路走向、地形、地物的限制,根據(jù)提古鋪隧道巖溶段工程概況總結(jié)具有3個(gè)特點(diǎn):（1）隧道區(qū)可溶性灰?guī)r分布較廣泛，部分地段巖溶較發(fā)育，尤其是斷層通過(guò)地段，溶洞、溶孔、溶隙等地下巖溶形態(tài)較發(fā)育，可能存在巖溶管道。2）石灰?guī)r裸露區(qū)為巖溶地下水主要補(bǔ)給區(qū)，地下水具有分散補(bǔ)給，集中排泄的特點(diǎn)。3）大氣降雨為地下水的主要補(bǔ)給來(lái)源，大氣降雨通過(guò)巖溶裂隙等迅速入滲下去，造成該區(qū)域地表干旱缺水。地下水以管道流形式在侵蝕基準(zhǔn)面附近集中排泄或以泉水的形式于溝谷切割處排泄，與大氣降雨垂直補(bǔ)給聯(lián)系密切，動(dòng)態(tài)變化較為顯著。以上一系列的特點(diǎn)造成了巖溶區(qū)施工主要難點(diǎn),采用何種施工方法及輔助工法以確保整個(gè)施工安全成為提古鋪隧道巖溶段段施工的難點(diǎn)。本課題將對(duì)提古鋪隧道巖溶段施工存在的主要問(wèn)題進(jìn)行深入研究,力圖解決巖溶段施工難點(diǎn)問(wèn)題。項(xiàng)目承擔(dān)單位及參加單位情況6.1必要支撐條件1、云南省交通廳、科技廳高度重視隨著我國(guó)西部大開發(fā)和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)步伐的加快，為了改善公路線形標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)交通運(yùn)輸高速化、重載化，修建大量長(zhǎng)大公路隧道勢(shì)在必得。云南省巖溶區(qū)大跨度隧道關(guān)鍵技術(shù)開發(fā)工作正式拉開序幕。為配合省科技廳、交通廳在高速公路大跨度隧道安全施工、運(yùn)營(yíng)等相關(guān)調(diào)研工作，快速推動(dòng)云南省交通建設(shè)，促進(jìn)我市經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和統(tǒng)籌城鄉(xiāng)建設(shè)，云南省交通廳、科技廳成立了大跨度隧道施工技術(shù)研討領(lǐng)導(dǎo)小組和領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室，全面負(fù)責(zé)隧道開挖關(guān)鍵技術(shù)研究相關(guān)事宜。2、對(duì)外合作基礎(chǔ)與云南省建工集團(tuán)市政部、云南省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院、云南航天工程物探檢測(cè)股份有限公司等達(dá)成了合作協(xié)議并組建了項(xiàng)目研究團(tuán)隊(duì)，另與同濟(jì)大學(xué)、華南理工大學(xué)初步達(dá)成戰(zhàn)略合作協(xié)議。6.2項(xiàng)目承擔(dān)單位及參加單位建議項(xiàng)目由云南省巖土工程技術(shù)研究中心牽頭，聯(lián)合云南省建工集團(tuán)市政部、云南省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院、云南航天工程物探檢測(cè)股份有限公司等共同參與。（一）云南省巖土工程技術(shù)研究中心云南省巖土工程技術(shù)研究中心（以下簡(jiǎn)稱“巖土中心” ）依托云南省建工集團(tuán)有限公司，于2011年10月30日通過(guò)云南省科技廳、財(cái)政廳和發(fā)改委專家組驗(yàn)收，批準(zhǔn)納入省級(jí)工程技術(shù)研究中心管理序列，于2011年11月30日正式掛牌運(yùn)行。巖土中心以云南省科技發(fā)展計(jì)劃重點(diǎn)領(lǐng)域---巖土工程關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)為主攻方向，以提高技術(shù)集成創(chuàng)新與科技成果產(chǎn)業(yè)化及輻射擴(kuò)散能力為目標(biāo)，利用中心在人才、資金、研究開發(fā)及科技創(chuàng)新能力等方面的優(yōu)勢(shì)，建設(shè)一批國(guó)家、省和行業(yè)內(nèi)有影響的重點(diǎn)、難點(diǎn)項(xiàng)目組織技術(shù)攻關(guān),創(chuàng)新施工技術(shù)、培養(yǎng)技術(shù)人才、提高云南省巖土工程技術(shù)的創(chuàng)新能力和核心競(jìng)爭(zhēng)力，引導(dǎo)云南省巖土工程技術(shù)的發(fā)展，為促進(jìn)云南省經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。主要研究領(lǐng)域?yàn)橐韵?大板塊：巖土工程勘察技術(shù)；深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)及施工的關(guān)鍵技術(shù)；建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)及施工的關(guān)鍵技術(shù)；隧洞施工關(guān)鍵技術(shù)；高土石壩施工關(guān)鍵技術(shù)；地質(zhì)災(zāi)害治理及邊坡工程施工關(guān)鍵技術(shù)；巖土工程安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。目前中心團(tuán)隊(duì)成員已有58名，其中云南省技術(shù)創(chuàng)新人才1人，建工集團(tuán)科技帶頭人5人，建工集團(tuán)科技后備人才1人；博士研究生學(xué)歷4人，碩士研究生學(xué)歷13人；正高級(jí)工程師6人，高級(jí)工程師22人；一級(jí)注冊(cè)結(jié)構(gòu)工程師4人，注冊(cè)土木（巖土）工程師3人，一級(jí)建造師1人。近年來(lái)，云南省巖土工程技術(shù)研究中心充分利用政府有關(guān)職能部門頒發(fā)的多種資質(zhì)，為區(qū)域經(jīng)濟(jì)、社會(huì)建設(shè)和發(fā)展提供了優(yōu)質(zhì)的技術(shù)咨詢和服務(wù)， 創(chuàng)造了良好的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益。為配合科技廳、交通廳科研工作，呈澄高速公路指揮部聯(lián)合設(shè)計(jì)單位、施工單位、高校專門成立隧道施工技術(shù)研發(fā)小組。作為科技支撐單位，云南省巖土工程技術(shù)研究中心組建了巖溶區(qū)V級(jí)圍巖大跨度隧道工法關(guān)鍵技術(shù)研究團(tuán)隊(duì)，負(fù)責(zé)工法研究工作。2011年云南省巖土工程技術(shù)研究中心承擔(dān)了云南省科技廳院所專項(xiàng)《隧道及城市地下空間安全監(jiān)控條件平臺(tái)建設(shè)》及《牛欄江 -大五山隧洞施工技術(shù)研究》項(xiàng)目。通過(guò)這兩個(gè)項(xiàng)目的研究工作，基本摸清了隧道圍巖分布規(guī)律、開挖過(guò)程力學(xué)機(jī)制、支護(hù)結(jié)構(gòu)變形規(guī)律、攻克了隧洞施工中遇到巖爆、涌水、塌方、大方量泥石流等施工技術(shù)難點(diǎn)，為進(jìn)一步開展大跨度隧道開挖工法關(guān)鍵技術(shù)工作奠定了良好的基礎(chǔ)。（二）云南省建工集團(tuán)市政部（簡(jiǎn)介）（三）云南省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研