關(guān)于隧道施工誘發(fā)的地面塌陷災(zāi)變機(jī)制及其控制分析

秦 彬

(四川川交路橋有限責(zé)任公司隧道分公司)

關(guān)于隧道施工誘發(fā)的地面塌陷災(zāi)變機(jī)制及其控制分析

秦 彬

(四川川交路橋有限責(zé)任公司隧道分公司)

隧道工程施工人員在施工過程中，往往會引發(fā)地面塌陷的現(xiàn)象。不僅對施工人員的安全也會造成威脅，對周圍居民的正常生活以及生產(chǎn)也造成了影響。本文簡要分析了隧道施工引發(fā)地面塌陷災(zāi)變的機(jī)制，同時介紹管理地下管線、處理不良地質(zhì)兩種方法，以期避免施工人員在挖掘隧道過程中引發(fā)地面塌陷。

隧道施工；地面塌陷；災(zāi)變機(jī)制；控制

如今，城市化發(fā)展愈發(fā)迅速，因此，也需要挖掘更多的隧道。然而，施工人員在實(shí)施隧道開挖工程時，往往會引發(fā)地面塌陷事故。地面塌陷事故對城市居民的生產(chǎn)以及生活具有很大威脅性，由于其發(fā)生較為突然，且波及范圍較大，所以需要格外注意。這便要求施工人員熟練掌握隧道施工技術(shù)，從而避免隧道施工引發(fā)地面塌陷災(zāi)變，對城市發(fā)展造成阻礙。

一、隧道施工引發(fā)地面塌陷災(zāi)變的機(jī)制

（一）隧道施工直接引發(fā)的地面塌陷

依照普氏理論來看，若隧道施工目標(biāo)區(qū)域的土壤是由具有粘著力的松散土質(zhì)組成，則施工人員開挖隧道之后，若沒有搭建支護(hù)措施，隧道圍巖自內(nèi)而外便會出現(xiàn)失穩(wěn)或是穩(wěn)定性下降的現(xiàn)象。此時，若隧道頂部與地面的距離足夠大，隧道雖然會出現(xiàn)塌方現(xiàn)象，但到一定高度之后，圍巖便會呈現(xiàn)壓力拱狀，從而使圍巖達(dá)到自然平衡，而土體也不會繼續(xù)受到破壞。但該理論有一定適用范圍，若隧道埋深較淺，便無法形成壓力拱，具體條件如下：

h ah*

上式當(dāng)中，h代表隧道拱頂與地面之間的距離。h*代表普氏定理適用的高度。而a則代表有效高度內(nèi)的影響系數(shù)，通常情況下，取值為2至2.5內(nèi)。

適用普氏理論對地面塌陷災(zāi)變進(jìn)行分析，可以得出隧道挖掘工作引發(fā)地面產(chǎn)生塌陷的形成機(jī)制。施工人員在實(shí)施隧道開挖作業(yè)時，往往將開挖工作分為多個步驟進(jìn)行。施工人員需先開挖小斷面，之后逐漸形成大斷面。不設(shè)立支護(hù)措施的狀態(tài)下，施工人員若僅進(jìn)行小斷面的開挖工作，壓力拱高度以及拱頂與地面之間的距離之間符合公式：h ah*，地層較為穩(wěn)定。當(dāng)施工人員擴(kuò)大開挖面積時，壓力拱的高度也會隨之增加，壓力拱也會逐漸受到破壞，而當(dāng)達(dá)到臨界值之后，反而會形成新的壓力拱。且后形成的壓力拱，無論是高度還是跨度都高于原有的壓力拱。但若拱頂與地面之間的距離以及力學(xué)參數(shù)不會因開挖變化而產(chǎn)生改變，則壓力拱在受到破壞之后，難以形成新的壓力拱，施工人員不設(shè)立防護(hù)措施，便會使拱頂與地面之間土壤失去穩(wěn)定性，進(jìn)而引發(fā)地面塌陷這一災(zāi)變現(xiàn)象。

（二）不良地質(zhì)對隧道開挖工作的影響

所謂不良地質(zhì)主要指地面中的空洞，所以，施工人員實(shí)施隧道開挖工作之前，需著重分析隧道施工過程中對空洞的破壞程度，避免因?yàn)榭斩幢黄茐亩l(fā)地面塌陷災(zāi)變。事實(shí)上，由地層當(dāng)中空洞所引起的地面塌陷現(xiàn)象的實(shí)質(zhì)，是因?yàn)榭斩词艿狡茐闹?，空洞與地面之間的地層所形成的力學(xué)平衡被破壞，而空洞之所以受到破壞，其主要原因便是受到隧道施工的影響。如施工過程中，各類機(jī)械設(shè)備在運(yùn)作時會產(chǎn)生震動，使得周圍地層同樣產(chǎn)生震動，空洞上方的土層會出現(xiàn)掉落的現(xiàn)象，使得空洞與地面之間的厚度逐漸變薄。最終壓力拱被破壞，難以承受壓力，導(dǎo)致空洞結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，形成地面塌陷事故。

二、控制隧道施工引發(fā)地面塌陷的具體策略

（一）地下管線安全控制技術(shù)

針對隧道施工而言，地下管線至關(guān)重要，因此，施工人員必須確保地下管線的安全以及質(zhì)量，以免管線發(fā)生滲漏現(xiàn)象，從而影響了施工現(xiàn)場的土質(zhì)。施工人員可按照以下方式施工：

第一，施工人員需對施工目標(biāo)區(qū)域所有管線情況有一定了解。施工人員需確認(rèn)施工管線的埋設(shè)情況。但由于管道都埋設(shè)在地層當(dāng)中，施工人員難以全面了解目標(biāo)區(qū)域管線，所以，還需要結(jié)合施工圖紙以及其他相關(guān)資料，完成地下管線確認(rèn)工作。不僅如此，施工人員還應(yīng)對目標(biāo)區(qū)域的地下管線資料有所了解，施工人員可通過下述三種方式展開工作：開挖調(diào)查、實(shí)地調(diào)查以及物探調(diào)查，勘察過程中，施工人員需結(jié)合實(shí)際情況選擇形影勘察方法進(jìn)行工作，令探查效率有所提高。

第二，施工人員對管線實(shí)施加固以及保護(hù)。施工人員需先對管線的勘察結(jié)果進(jìn)行全面分析，同時按照施工目標(biāo)區(qū)域?qū)嶋H情況，結(jié)合具體施工工藝進(jìn)行施工。施工之前，施工人員還需提前對管線的受力狀態(tài)進(jìn)行分析以及預(yù)測，同時綜合管線的功能、埋設(shè)時間、構(gòu)造以及材質(zhì)等多方面內(nèi)容，按照設(shè)定的控制標(biāo)準(zhǔn)，全面考量現(xiàn)有管線的安全性，同時設(shè)定合理且科學(xué)的管線變形控制標(biāo)準(zhǔn)，從而達(dá)到確保施工過程中管線安全的目標(biāo)。若部分管線在施工過程中出現(xiàn)滲漏問題，則施工人員需及時對該問題進(jìn)行處理，加固地下管線。除此以外，部分管線難以符合施工需求，所以施工人員在施工之前，便需先對管線進(jìn)行加固，避免管線發(fā)生變形，使其抗變形能力有所提高。

第三，采取合理的監(jiān)測方式。通常情況下，施工人員較為常用的監(jiān)測方式主要以兩種方法為主：直接測點(diǎn)以及間接測點(diǎn)。所謂直接測點(diǎn)指施工人員借助埋設(shè)裝置，直接獲取管線的沉降數(shù)據(jù)。若施工人員采用該方法進(jìn)行監(jiān)測，需先開挖管線之上的土層，同時布置測點(diǎn)，但因?yàn)槭┕るy度較大，加之施工現(xiàn)場各方面較為混亂與復(fù)雜，所以該方法基本難以實(shí)現(xiàn)。施工人員可使用綜合的管線監(jiān)測方式。具體操作方式如下：首先，施工人員選定部分相對重要的管線，且于相同點(diǎn)位中布置直接監(jiān)測點(diǎn)以及間接監(jiān)測點(diǎn)。同時將理論分析以及實(shí)際監(jiān)測結(jié)果相結(jié)合進(jìn)行分析，獲取相同點(diǎn)位處，直接以及間接測點(diǎn)所獲得數(shù)據(jù)之間存在的關(guān)系，同時根據(jù)分析結(jié)果，確認(rèn)管線的真實(shí)沉降數(shù)據(jù)，從而達(dá)到監(jiān)測的目的。

（二）不良地質(zhì)處理技術(shù)

地面塌陷災(zāi)變現(xiàn)象產(chǎn)生的主要原因，便是地質(zhì)問題。因此，施工人員需更為注重對不良地質(zhì)的處理，掌握相關(guān)技術(shù)。具體分為兩步驟工作：其一，施工人員需完成不良地質(zhì)體的超前探測工作。其二，針對探測結(jié)果中顯示的不良地質(zhì)體，進(jìn)行改善以及加固。施工人員應(yīng)按照如下方式對不良地質(zhì)進(jìn)行處理：第一，對施工目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行超前探測，確認(rèn)目標(biāo)區(qū)域內(nèi)不良地質(zhì)所屬類型。第二，針對松散區(qū)域、含水量較大區(qū)域或是含有空洞的區(qū)域，施工人員應(yīng)選用不同的處理方式。如：針對土質(zhì)較為松散的區(qū)域，其松散的土壤大多分布于回填區(qū)域以及雜填區(qū)域，埋深相對淺，施工人員需向內(nèi)注漿，以達(dá)到加固的目的。而針對含水量較大的區(qū)域而言，出現(xiàn)這一現(xiàn)象的主要因素是由于土層中含有滯水，或是管線存在泄漏現(xiàn)象。施工人員處理過程中，需先確認(rèn)區(qū)域內(nèi)是否含有補(bǔ)給水源，若存在，施工人員需對其進(jìn)行封堵。若滯水的形成原因?yàn)橛晁蚴俏鬯疂B漏所致。施工人員則需先對管線實(shí)施清洗工作，保證管線清潔。若將滯水清理之后，地質(zhì)依舊不利于施工，施工人員則應(yīng)向土層當(dāng)中注漿，以改善土層質(zhì)量。

結(jié)束語：

地下隧道的修建有利于人們出行，對社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有積極意義。然而隧道施工過程中所引發(fā)的地面塌陷災(zāi)變，也對民眾以及社會造成的不良影響，應(yīng)引起社會各界的重視。為此，便需要施工人員熟練掌握隧道修建技術(shù)，同時了解如何避免隧道施工誘發(fā)地面塌陷災(zāi)變現(xiàn)象，提高自身施工技術(shù)水平與施工質(zhì)量。

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1007-6344（2016）03-0030-01

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