顶部隐伏溶洞地区地铁隧道施工方案优选研究
孙 泽1，2*，刘 凯3，李玉龙4，周艳霞4，刘 刚4，张永利2
(1. 西安建筑科技大学 土木工程学院，陕西 西安 710055; 2. 陕西省岩土与地下空间工程重点实验室，陕西 西安 710055;3. 贵阳市公共交通投资运营集团有限公司，贵州 贵阳 550081; 4. 中铁七局集团第三工程有限公司，陕西 西安 710032)
摘 要： 针对贵阳轨道交通3号线岩溶区地铁隧道施工中顶部隐伏溶洞的安全风险，综合运用理论分析、数值模拟与现场监测方法，对比分析了钻爆法(DBM)与悬臂掘进机铣挖法(BRM)施工对顶部隐伏溶洞围岩稳定性的影响。主要结论如下：1)该区段顶部隐伏溶洞高度多为0～2 m(最大高度达7.6 m)，隧道与最大顶部隐伏溶洞间的最小围岩厚度仅1.6 m;数值模拟表明，DBM施工所需最小安全厚度为2.32 m(存在坍塌风险)，而BRM施工所需最小安全厚度仅为1.14 m，施工安全性显著提升。2)顶部隐伏溶洞显著降低了左隧道围岩的竖向刚度，致其水平变形大于无顶部隐伏溶洞的右隧道;相较于DBM，BRM施工可大幅减少围岩变形(围岩水平位移降低89.05%、拱顶沉降减少70.08%)及围岩扰动深度(降低65.00%)。3)DBM施工时，左隧道拱顶与顶部隐伏溶洞间及2条隧道中间的围岩扰动区发生贯通，存在失稳风险;而BRM施工的扰动区主要位于隧道拱腰及拱肩，且未发生贯通，围岩稳定性更好，数值模拟和理论分析结果一致。4)DBM施工时，上台阶拱脚处锚杆应力超过材料强度限值(锚杆应力>268 MPa)，可能发生断裂;而BRM施工时支护结构应力均低于材料强度限值(锚杆应力<268 MPa，初支压应力<13.5 MPa)，支护安全，但BRM施工时初支拱脚拉应力(1.155 MPa)较DBM(0.308 MPa)显著增加，需加强支护。研究表明，BRM能有效控制岩溶隧道施工风险，保障围岩稳定，推荐应用于贵阳岩溶区地铁隧道工程，施工中需强化拱脚支护并加强变形及渗水监测。
关键词： 顶部隐伏溶洞; 悬臂掘进机铣挖法; 施工方案优选; 最小安全厚度; 围岩扰动深度; 施工安全
基金项目： 陕西省创新能力支撑计划-创新团队(2020TD-005)
引文格式： 孙泽，刘凯，李玉龙，等. 顶部隐伏溶洞地区地铁隧道施工方案优选研究[J]. 市政技术，2025，43(10)：126-137. (SUN Z，LIU K，LI Y L，et al. Optimal selection of construction schemes of metro tunnels in areas with the hidden karst caves at the top[J]. Journal of municipal technology，2025，43(10)：126-137.)