淺埋暗挖隧道施工引起的地表塌陷分析及其控制

李世立

【摘 要】 本文以隧道施工地淺埋暗挖相對于地表建筑的影響問題為研究對象，研究了適應(yīng)于該工程項(xiàng)目基本情況的分析方法，并提出了對地表塌陷的控制方法，為相關(guān)實(shí)際工作的實(shí)踐開展提供了一定的參考和借鑒。

【關(guān)鍵詞】 淺埋暗挖；隧道；地表影響；分析，控制方法

一、關(guān)于淺埋暗挖的介紹

隨著人們環(huán)境保護(hù)意識的提高與地面交通運(yùn)輸量日益增大，城市地下施工中運(yùn)用工程暗挖法逐漸取代了明挖法，其地下工程暗挖施工方法主要有盾構(gòu)法和淺埋暗挖法等。

在城市中松散層及含水松散層地層中，或者不能采用明挖法施工的地方，地下洞室工程可采用淺埋暗挖法，其施工的原理是按照“新奧法原理進(jìn)行的。其施工原則具有：勤量測、強(qiáng)支護(hù)、管超前、短開挖、嚴(yán)注漿、快封閉等特點(diǎn)。采用超前支護(hù)的各種手段意味著采用超前導(dǎo)管注漿防護(hù)，防止圍巖松弛和坍塌，提高掌子面的穩(wěn)定性；在導(dǎo)管超前支護(hù)后，立即進(jìn)行壓注砂漿或其他化學(xué)漿液水泥，填充于周圍巖石的空隙中，形成一個(gè)具有一定強(qiáng)度的殼體于隧道周圍形，便以增強(qiáng)圍巖的自穩(wěn)能力；多次開挖，一次注漿，要限制一次進(jìn)尺的長度，以便于減少對圍巖的松弛程度；在淺埋的松軟地層中施工初期，支護(hù)應(yīng)必須十分牢固，要具有比較大的剛度，防止開挖初期出現(xiàn)變形的情況；在臺階法施工中，如上臺階過長時(shí)變形增加較快，為及時(shí)控制圍巖松弛，必須采用臨時(shí)仰拱封閉，開挖一環(huán)，封閉一環(huán)，提高初期支護(hù)的承載能力；對隧道施工過程掌握施工動(dòng)態(tài)，進(jìn)行經(jīng)常性的量測以及及時(shí)反饋，是淺埋暗挖法施工成敗的關(guān)鍵。

二、隧道淺埋暗挖地表沉降研究分析

在城市地下工程中，由于埋置深度淺，施工引起的地層位移會從一定程度上導(dǎo)致地表產(chǎn)生沉降，其導(dǎo)致的圍巖變形與地表沉降的問題，主要是由于施工過程中隧道圍巖受擾動(dòng)、施工引起的地層損失、受剪切破壞的巖土體的再固結(jié)所造成。 首先，隧道周圍土體在彌補(bǔ)地層損失中發(fā)生地層移動(dòng)，會引起地表沉降；再者在含水地層中進(jìn)行隧道施工，可能引起孔隙水壓力在周圍土體內(nèi)的變化，使地層發(fā)生排水固結(jié)引起地表沉降，而且地層的本身位移運(yùn)動(dòng)也可能引起這類問題的出現(xiàn)。因此無論采取何種施工方法，都或多或少地?zé)o法避免引起地表移動(dòng)和變形。影響地表變形和沉降的因素很多，引起地表沉降和變形的大小不僅與地下工程的施工方法、支護(hù)方法和埋深、斷面尺寸有關(guān)，而且受水文地層條件影響。對于隧道施工引起的地表沉降問題的研究起源于因煤礦等礦山開采所引起的地表塌陷問題現(xiàn)象。地下礦物被開采后會在采場上覆地層中形成一個(gè)沉降槽帶，在對沉降槽的趨向形態(tài)的觀察基礎(chǔ)上，逐步對最大沉降量進(jìn)行理論和實(shí)際的推斷。

淺埋暗挖最大的特點(diǎn)是埋深淺，在施工時(shí)不可完全避免地對巖土體產(chǎn)生擾動(dòng)從而引起上方的地層變形，引起地表塌陷大多都是地層變形達(dá)到一定程度時(shí)所產(chǎn)生的，這不僅影響到地面民房建筑結(jié)構(gòu)安全，還甚至可能引起房屋坍塌，造成結(jié)構(gòu)物及地面環(huán)境的嚴(yán)重破壞，危及隧道結(jié)構(gòu)的自身安全，也威脅到人的生命安全。因此淺埋暗挖隧道在開挖、支護(hù)、注漿、襯砌、排水方面提出了更高的要求。在以往的淺埋暗挖施工中，由于對淺埋隧道的施工特點(diǎn)認(rèn)識不夠，沒有采取有效的技術(shù)措施，導(dǎo)致地表塌陷的事故時(shí)有發(fā)生，不僅對地面及施工安全造成了一定的影響，而且造成了很大財(cái)產(chǎn)損失，產(chǎn)生了惡劣的社會影響。打括隧道進(jìn)口段長848m，處于淺埋段且隧道影響范圍內(nèi)有多處民房，因此需要對淺埋暗挖隧道容易產(chǎn)生塌陷事故的原因進(jìn)行深入分析研究，并根據(jù)分析結(jié)果妥善選擇正確的施工組織和施工方法，有效地控制及預(yù)防地表塌陷事故的發(fā)生。

三、預(yù)防地表塌陷施工技術(shù)措旌

（一）地表水的截排

打括隧道淺埋段地表地勢較低，為匯水面，且圍巖破碎，地表水滲透嚴(yán)重。在施工前，把地面裂縫填夯。做成向外的排水坡，并開挖溝渠，將地表水排出影響隧道施工范圍之外，防止地表水滲入，避免因滲水軟化隧道圍巖。

（二）超前支護(hù)

全隧淺埋暗挖段均采用雙層超前小導(dǎo)管注漿后開挖，水泥漿液在隧道淺埋中小導(dǎo)管注漿下能發(fā)揮很好的作用，隧道內(nèi)土體在高壓力漿液的作用下，在土體壓裂區(qū)中，經(jīng)過多次擠壓提高效率相互摻透，形成漿脈網(wǎng)絡(luò)。漿脈填充和擠密脫水固結(jié)為硬塑狀黏土，起著土體骨架作用從而改變土體對外力的反應(yīng)機(jī)制，使土體的變形受到約束，使嗣巖的強(qiáng)度、穩(wěn)定性、抗?jié)B性均得到提高。

（三）用格柵鋼架支撐、預(yù)留核心土搗槽開挖

隧道開挖時(shí)，可采用短臺階法開挖，超前支護(hù)完成后，用小型挖掘機(jī)沿上臺階開挖輪廓線預(yù)留核心土進(jìn)行掏槽開挖，嚴(yán)格控制臺階高度，再用風(fēng)鎬或人工對欠挖部分進(jìn)行開挖修整，修整完后立即進(jìn)行噴砼封閉，嚴(yán)格注意初噴砼厚度標(biāo)準(zhǔn)。在已做好的掏槽內(nèi)架設(shè)格柵鋼架支撐，做好格柵間距，格柵間用角鋼（槽鋼）及螺栓連接成整體，將小導(dǎo)管尾部與格柵焊接成整體，在格柵鋼架拱腳部位每處增設(shè)鎖腳錨桿，最后復(fù)噴砼。

（四）下臺階開挖

開挖到一定位置后，可以進(jìn)行下臺階開挖。開挖時(shí)采用了先拉中槽，兩側(cè)跳槽馬口開挖的施工方法。中槽開挖時(shí)要保證兩側(cè)各預(yù)留一定空間的平臺，以防掉拱。馬口開挖后及時(shí)噴砼初期支護(hù)、架接格柵鋼架，用梅花型布設(shè)系統(tǒng)錨桿，掛網(wǎng)噴砼支護(hù)，隧道穿民房段地層加固在穿越房屋的隧道地表，采用水泥與水玻璃雙液漿注漿，有效使原來松散圍巖膠結(jié)成一個(gè)整體從而改善隧道成拱穩(wěn)定條件，減少地表沉降，確保地面房屋安全及隧道的順利掘進(jìn)。注漿時(shí)，先垂直鉆井注漿孔，然后在鉆孔內(nèi)放入注漿管，注漿管下部設(shè)置成花管，通過注漿管向圍巖注漿。如遇房屋等障礙物時(shí)，采用鉆斜孔注漿。

（五）仰拱及襯砌施工

要及時(shí)進(jìn)行仰拱及襯砌混凝土澆筑。仰拱及仰拱填充超前襯砌施工，仰拱施工地段運(yùn)輸通道采用棧橋通過，注意仰拱每次灌注量。一次性灌注完成時(shí)，要注意仰拱距開挖面范圍。二次襯砌距開挖面范圍不同，盡早使襯砌閉合成環(huán).整體受力，確保支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性從確保施工安全。

（六）監(jiān)控量測

及時(shí)做好監(jiān)控量測。并迅速反饋信鼠。通過地表環(huán)境、圍巖地層、掌握地質(zhì)、施工監(jiān)測，支護(hù)結(jié)構(gòu)等變化情況，以信息反饋優(yōu)化支護(hù)設(shè)計(jì)、指導(dǎo)施工及時(shí)采取有效措施處理存在的隱患，以保證施工安全。

淺埋暗挖城市隧道工程中，都會不可避免地導(dǎo)致地面沉降及地層位移，再加上周邊建筑物及地下管道眾多，往往對隧道施工有著嚴(yán)格的限制要求，因此，對地面沉降規(guī)律進(jìn)行研究及預(yù)測顯得十分重要。城市隧道埋深較淺，國內(nèi)外雖然對其研究較多，但采用淺埋暗挖法開挖的相對較少，因此利用這種方法在隧道施工作業(yè)中，要嚴(yán)格遵守技術(shù)指標(biāo)和要求來實(shí)施，從而有效防止地表塌陷，保證人民和施工人員的安全。

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