在岩溶发育地区隧道施工中经常会发生涌水、坍塌、陷落等地质灾难,给隧道施工安全和质量造成极大的威胁。为保证隧道施工安全,对岩溶进行准确的超前预报并采用合理的处治方法极为重要。本文以下营隧道为工程依托,分析总结了下营隧道岩溶发育特征,采用综合地质预报探测了下营隧道大型充填型溶洞,分析了各地质预报方法在充填型溶洞中的适用特点。而后采用ABAQUS有限元软件研究了各种工况下既有溶洞对隧道围岩稳定性的影响,最后从围岩应力及初支结构形变两方面对不同深度径向注浆加固方案进行了模拟分析,优化了溶洞处治方案。主要内容及结论如下:(1)对下营隧道岩溶发育特点进行了分析,在地下水不发育地区,岩溶的形成主要由地表水通过节理裂隙下渗产生,溶洞总体为竖向发育。溶洞主要以岩溶管道、小型串珠状溶洞、大型溶洞三种形态存在。溶洞充填物则以地表水下渗夹带的粘土为主,夹杂岩体风化后的粗砂与砾石。(2)对溶洞准确的探测是研究溶洞对隧道围岩的影响和溶洞处治的基础,本文利用综合地质预报探测了下营隧道大型充填型溶洞,经过对各地质预报方法的结论与施工开挖揭露对比发现TSP方法一次探测距离较长,但探测精度较低,只能对大范围地质条件进行定性分析。因溶洞充填物与岩体介电常数差异较大,使用地质雷达探测充填型溶洞范围准确性较高,并总结了下营隧道充填型溶洞地质雷达图像特点。(3)选用ABAQUS有限元探讨了各类工况下既有溶洞对隧道的影响。当顶部和底部溶洞距离隧道较近时都相当于增大了隧道的总开挖高度,溶洞与隧道中隔岩柱水平应力较大,稳定性偏于不安全。拱腰部和正侧部的溶洞会使隧道两侧围岩水平位移量及其变化规律表现出明显的不对称性,围岩应力左右不对称也较为显著,说明侧部溶洞会导致隧道围岩偏压受力,且其偏压程度随溶洞直径的增大及溶洞距隧道距离的减小而增大。(4)针对下营隧道大型侧部侵入充填型溶洞处治方案进行了数值模拟研究与优化。发现在侧部充填型溶洞侵入隧道工况会导致隧道围岩产生明显的偏压受力,初支结构由于受到偏压应力,有向溶洞侧挤出的趋势。对溶洞充填物进行注浆加固能够明显降低侧部溶洞引起的隧道围岩偏压差,加固体会与围岩形成应力圈,在减小初支结构变形的同时,降低初支左右拱腰及边墙的不对称变形,改善初支结构受力性状。随着注浆加固深度的增加,处治效果的提升会逐渐降低,采用5m的加固深度能达到比较好的处治效益。