高山隧道巨型溶洞由主溶蚀裂隙通道、厅堂状廊道及1号支洞三部分构成,隧道高位穿越厅堂状廊道,廊道长124m,宽约32~63m,高46~65m,是国内首个百米隧道穿越的溶洞,其岩溶处治工程是黔张常铁路的重点工程之一,溶洞采用洞砟回填处理方案,系国内首次使用,填筑体厚度大,加溶洞底部原有的堆积物总厚度超过百米,回填路基的沉降问题尤为突出。本文采用在线监测、数值仿真模拟和理论计算分析等手段,对巨型岩溶条件下回填路基的沉降问题进行了以下几个方面的研究:(1)对溶洞处治的绕避、桥跨、回填方案进行了对比分析,最终采用了回填方案中的洞砟回填+上部注浆的溶洞处理方案。该方案能为隧道结构提供较为稳定的基础,同时降低了运营期溶洞溶蚀坍塌对隧道的影响,具有施工工艺简单,施工成本低,全面防护前施工少等优点。通过加强上部明洞隧道结构,能够确保高铁运营安全。(2)对表层监测数据分析表明上部荷载增加时,回填体沉降发展可分为两个阶段:(1)沉降快速发展阶段,从监测系统建立至隧道明洞结构外侧混凝土大边墙施工完成(0~125d)均属于这一阶段。在该阶段沉降量占总沉降量超过60%。(2)沉降缓慢发展到逐步稳定阶段,大边墙施工至隧道穿越工程全部施工完成后(126~382d)属于这一阶段。在该阶段回填体沉降继续增长,但沉降速率逐渐降低并趋于缓慢平稳发展。(3)采用皮尔曲线法、指数曲线法、双曲线法对回填体沉降进行了预测,三种方法预测值与实测值均具有较高的相关性,两测点皮尔曲线模型预测的均方误差为0.56、2.77,指数曲线模型为5.62、9.99,双曲线模型为0.72、44.41,其中,皮尔曲线模型预测精度最高,稳定性最好。通过三种方法预测BU1测点的最终沉降分别为231.67mm、259.76mm、218.86mm;BM5测点的最终沉降分别为225.18mm、313.74mm、211.36mm。(4)对分层监测数据的分析显示,级配碎石层(0~5m)和洞砟注浆层(5~25m)在上部荷载作用下的压缩量较小;洞砟注浆层以下的回填洞砟和溶洞原底部堆积物(25m以下)压缩量相对较大,是沉降的主要来源。沉降数值模拟分析同样表明,沉降主要来源于洞砟注浆层以下(即回填体厚度25m以下)未经处理的土层,在施工完成后这部分土层压缩量为44.10mm,占总量的76%。(5)通过改变土层的弹性模量,分析了各土层刚度变化对沉降的影响。底部土层(61~85m)的刚度变化对顶面沉降影响很小,越靠近上部的土层刚度变化对沉降的影响越明显。当底部土层弹性模量增加至80MPa时,级配碎石层顶面中心沉降量减小3.21mm;当中间土层(25~61m)弹性模量增加80MPa时,沉降量减小13.71mm;当上部土层(0~25m)弹性模量增加80MPa时,沉降减小13.90mm。这表明对于高填方路基,保证上部土层的回填质量是控制沉降的关键。(6)利用有限元软件分析了列车动载作用下回填路基的动力特性,由于道砟层下部约4.8m厚(3.0m厚路基板+1.8m厚仰拱)的钢筋混凝土板的存在,动应力在0.8m厚的道砟层内已衰减近84%,至级配碎石层顶面时动应力已接近零;动位移与加速度衰减则更快,可以认为列车动荷载对回填体不产生影响,回填路基动荷载作用下的变形主要来源道砟层的累积变形。