有復(fù)雜填充物的隧道塌陷事故處理措施及建議

闞紹德

摘 要：在城市中心區(qū)施工的隧道工程塌方時(shí)一般回填物復(fù)雜，有時(shí)甚至有房屋建筑、樹(shù)木、生產(chǎn)生活用品等隨著隧道拱頂上方土體塌陷至隧道塌陷區(qū)域范圍，此類(lèi)塌陷事故對(duì)隧道搶險(xiǎn)施工及后續(xù)地陷區(qū)隧道施工均帶來(lái)了很大困難，文章結(jié)合具體工程實(shí)例，分析了隧道塌方的原因、以及塌陷區(qū)有復(fù)雜回填物的塌方處理方法。

關(guān)鍵詞：復(fù)雜回填物；隧道塌陷；事故原因；處理方案

1 工程概況

某地鐵車(chē)站后設(shè)置折返線，折返線左線全長(zhǎng)約401米，右線全長(zhǎng)約97米，采用暗挖法施工。本段地陷區(qū)掌子面距離已建成地鐵車(chē)站約112m。本段里程范圍為雙聯(lián)拱隧道，其中各段中的小斷面及中隔墻均已施工完成，當(dāng)施工至里程ZDK14+681.339時(shí)發(fā)生地陷。隧道埋深距地面22m，洞高9.4m，洞身位于泥質(zhì)粉砂巖，洞頂上巖層分布依次為：不均的易破碎的泥質(zhì)粉砂巖層厚約6m，砂層厚約8m，淤泥、雜填土層約6m。地陷時(shí)地面有低矮磚混房屋、樹(shù)木、家具、煤氣罐等日用品和隧道拱頂以上土體一起塌陷至隧道地陷區(qū)域。

圖1 隧道塌陷平面圖 圖2 隧道塌陷斷面示意圖

2 事故原因分析

一般塌陷事故的可能存在的主要原因如下：

（1）不良地質(zhì)。隧道穿過(guò)斷層及斷層的破碎地段，或在薄層巖體的小曲褶、錯(cuò)動(dòng)發(fā)育地段，巖石內(nèi)部潛在的應(yīng)力便會(huì)迅速釋放導(dǎo)致圍巖失穩(wěn)引起塌方；隧道通過(guò)各種堆積體時(shí)，由于結(jié)構(gòu)松散，顆粒間無(wú)膠結(jié)或者膠結(jié)差，開(kāi)挖后多引起坍塌。

（2）地下水原因。地下水的作用是導(dǎo)致隧道塌的重要原因之一。由于地下水的軟化、浸泡、沖蝕和溶解等作用，使得巖石的軟化系數(shù)變大而導(dǎo)致巖石的硬度降低，使得結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度減小，加劇了巖體的失穩(wěn)而導(dǎo)致塌方；巖層軟弱相間或有軟弱夾層的巖體，在地下水的作用下，軟弱面強(qiáng)度大大降低，容易產(chǎn)生塌方；隧道在通過(guò)溶洞時(shí)，很有可能遇到較大的暗河或水囊等，開(kāi)挖時(shí)，地下水夾帶著泥沙沖入隧道，導(dǎo)致巖體表面的壓力迅速增大而導(dǎo)致地表下層和隧道塌方。

（3）周邊環(huán)境因素。隧道施工地段的地層覆蓋過(guò)?。凰淼朗┕さ囟斡械乇硭吹淖饔?，如江河、湖泊、水塘、水庫(kù)等；隧道施工地段地面上有建筑物，此時(shí)建筑物下方地質(zhì)情況無(wú)法準(zhǔn)確勘探不能做到地質(zhì)超前預(yù)報(bào)，增大了施工風(fēng)險(xiǎn)。

針對(duì)上述可能原因，對(duì)本工程進(jìn)行了塌方原因分析如下：

（1）地質(zhì)條件。地表以下地層依次為<1>雜填土層；<2-1B>淤泥質(zhì)土層；<3-1>粉細(xì)砂層；<3-2>中粗砂層；<5-2>殘積粉質(zhì)粘土層；<6>全風(fēng)化泥質(zhì)粉砂層；<7>強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂層；<8>中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖層；<9>微風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖層。隧道近鄰珠江，地下水較為豐富，各地質(zhì)層呈不均勻分布。該施工地段地質(zhì)條件非常復(fù)雜，隧道上方有強(qiáng)風(fēng)化深槽，且深槽上方存在較厚的砂層，含水量較大，地質(zhì)條件復(fù)雜。

（2）地下水情況。粉細(xì)砂<3-1>含水量豐富，透水性好，建議滲透系數(shù)K=2.0m/d，中粗砂<3-2>含水量豐富，透水性好。同時(shí)，由于場(chǎng)地離珠江較近，僅約250～300m，而且粉細(xì)砂<3-1>一直延伸至珠江，場(chǎng)地內(nèi)地下水與珠江水有較密切的水力聯(lián)系。地下水的作用是導(dǎo)致隧道塌方的重要原因之一。由于地下水的軟化、浸泡、沖蝕和溶解等作用，使得巖石的軟化系數(shù)變大而導(dǎo)致巖石的硬度降低，使得結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度減小，加劇了巖體的失穩(wěn)而導(dǎo)致塌方。

（3）地管線情況。地下存在不明的不同口徑的陳舊管線，并不斷大量涌水，涌水長(zhǎng)期積壓，導(dǎo)致土體飽和、壓力增大。搶險(xiǎn)過(guò)程中又新發(fā)現(xiàn)有Φ600mm水管1條、Φ200mm水管1條、直徑較小的水管若干條，水順著管路流入砂層及不均的易破碎的泥質(zhì)粉砂巖層交界處，并長(zhǎng)期沖刷易破碎的粉砂巖層，形成深槽匯集成一個(gè)飽和高壓的大水庫(kù)，由于隧道開(kāi)挖輕微擾動(dòng)不可避免，飽和水體的壓力在最薄弱位置得到完全釋放，致使長(zhǎng)久積累的地下水從掌子面噴出，由于砂層已液化，形成類(lèi)似泥石流方式的爆發(fā)性噴涌。

3 事故搶險(xiǎn)應(yīng)急方案

事故發(fā)生后，受地表層水管損壞和地下水、珠江水系的影響，陷坑的土體涌往已施工的隧道內(nèi)，形成坍塌“漏斗”，土體與豎井形成良好的水力聯(lián)系。一是為了切斷區(qū)間與車(chē)站的水力通道，二是穩(wěn)定已加固的地陷土體，保持加固效果，需對(duì)涌入隧道內(nèi)的土體進(jìn)行回填注漿處理，隔斷地下水，以控制地陷區(qū)的沉降及已做隧道結(jié)構(gòu)安全。

為減小塌陷區(qū)域，對(duì)周邊環(huán)境及已施工完成地鐵車(chē)站和區(qū)間隧道的影響，共設(shè)置四道防線對(duì)事故區(qū)域進(jìn)行處理，第一道為地陷區(qū)灌注砼、填充砂石及注漿填充；第二道為豎井北側(cè)洞內(nèi)灌漿回填；第三道為豎井砂石回填；第四道為隧道與地鐵車(chē)站洞門(mén)設(shè)置鋼筋砼封堵墻及對(duì)墻體支頂加固。

地面回填及后續(xù)注漿，在地陷發(fā)生后首先在地面對(duì)塌陷的深坑進(jìn)行回填素混凝土，以防止地陷區(qū)域擴(kuò)大發(fā)展。采用鋼花管對(duì)塌方區(qū)域及周邊2米范圍進(jìn)行填充注漿加固，鋼花管3m×3m間距梅花型布置，深度至回填砼面，回填區(qū)域采用1：1水泥漿注漿，若遇地下水較大或空洞較大，直接灌注雙液（水泥：水玻璃=1：1）。豎井北側(cè)隧道加固采用Φ200mm套管鉆穿砂層，并進(jìn)入巖層部小于1m后，采用Φ108mm鉆桿鉆至隧道內(nèi)，探明地下是否有空洞，空洞較小采用注漿填充，空洞較大采用水泥漿液或低標(biāo)號(hào)、塌落度大的砼填充。

對(duì)折返線隧道與已建車(chē)站連接處采用鋼筋砼墻體進(jìn)行臨時(shí)封堵處理，同時(shí)在封堵墻體底部及頂部預(yù)留排水管設(shè)計(jì)閥門(mén)便于后期施工時(shí)排水及觀察隧道內(nèi)的水位情況。

4 后續(xù)開(kāi)挖方案

考慮地陷區(qū)回填物成分復(fù)雜，主要有地陷時(shí)地面有低矮磚混房屋、樹(shù)木、家具、煤氣罐等生活日用品和隧道拱頂以上土體一起塌陷至隧道地陷區(qū)域，雖然地面在搶險(xiǎn)過(guò)程中進(jìn)行了地面回填砼和地面注漿進(jìn)行了處理，考慮回填物的復(fù)雜程序，地面回填砼及注漿難以密實(shí)，對(duì)后期施工仍有較大的施工風(fēng)險(xiǎn)，經(jīng)綜合比選分析，擬采用暗挖法施工，同時(shí)對(duì)對(duì)地陷區(qū)進(jìn)行加固處理，方案為在加固區(qū)域四周做0.8米厚地下連續(xù)墻止水圍幕，圍幕用地下連續(xù)墻采用構(gòu)造配筋，墻分幅長(zhǎng)5米，墻之間采用工字鋼接頭，連續(xù)墻成槽為減少對(duì)周邊道路影響采用攪拌樁護(hù)壁。在地下連續(xù)墻止水帷幕施工完成后，在地下連續(xù)墻中間采用冷凍法加固隧道拱頂以上5米范圍的地層，加固完成后再進(jìn)行暗挖施工。

計(jì)算分析：結(jié)合地質(zhì)條件，對(duì)加固當(dāng)加固方式為冷凍法時(shí)，加固范圍為隧道拱頂以上5米，拱頂以下加固區(qū)需范圍需進(jìn)入<8>或<9>號(hào)地層不小于0.5m。

圖3 隧道塌陷區(qū)橫斷面圖 圖4 隧道塌陷區(qū)有限元計(jì)算斷面

通過(guò)計(jì)算分析，采用冷凍法加固過(guò)后的拱頂以上最大位移是7mm，可滿(mǎn)足后續(xù)設(shè)計(jì)及施工要求。

5 結(jié)束語(yǔ)

當(dāng)采用暗挖法施工時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)地質(zhì)超前預(yù)報(bào)，如發(fā)現(xiàn)圍巖破碎、地下水豐富時(shí)，應(yīng)超前預(yù)注漿加固后再進(jìn)行暗挖隧道的開(kāi)挖。出現(xiàn)塌方后，應(yīng)準(zhǔn)確分析原因采取相應(yīng)的有效措施控制塌方。

（1）施工中盡量減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)，盡量采用人工開(kāi)挖，當(dāng)不得不爆破開(kāi)挖時(shí)，應(yīng)采用光面、預(yù)裂、微振微差爆破等控制爆破技術(shù)，嚴(yán)格控制開(kāi)挖循環(huán)進(jìn)尺和臺(tái)階長(zhǎng)度，當(dāng)臺(tái)階較長(zhǎng)、必要時(shí)應(yīng)作臨時(shí)仰拱封底。

（2）城市地鐵隧道一般在城區(qū)范圍施工，如發(fā)生塌陷塌陷區(qū)回填物復(fù)雜，后續(xù)施工方案的選擇如采用暗挖方案應(yīng)對(duì)地陷區(qū)回填物進(jìn)行加物處理，除了在搶險(xiǎn)過(guò)程中采用回填砼及注漿方案外，在后續(xù)施工時(shí)考慮回填材料復(fù)雜性，可考慮冷凍法施工，對(duì)地陷區(qū)地層加固后再進(jìn)行后續(xù)施工。

參考文獻(xiàn)

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