淺埋暗挖隧道施工引起的地表塌陷分析及控制研究

陳軍

文章編號：2095-6835（2016）07-0116-02

摘 要：主要對淺埋暗挖隧道施工引起的地表塌陷進行了分析。首先介紹了工程概況，然后明確了地表塌陷的原因，最后詳細闡述了淺埋暗挖隧道施工引起的地表塌陷控制措施，包括科學截排工程地表水，超前支護與設(shè)置格柵鋼架支撐，下臺階開挖施工，仰拱、襯砌施工和測量監(jiān)控等。

關(guān)鍵詞：隧道施工；地表塌陷；超前支護；襯砌施工

中圖分類號：U456.3 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.07.116

隧道施工會影響巖土體，導致底層變形。在淺埋暗挖隧道施工中，如果變形累積到一定程度，就會影響地面建筑物的地下管線，嚴重時，會出現(xiàn)地表塌陷，破壞地面的環(huán)境和隧道結(jié)構(gòu)，威脅施工人員的生命安全。這種事故危害極大，應(yīng)對其進行詳細分析，找出原因，并進行有效控制。

1 工程概況

現(xiàn)以某城市的地鐵隧道為研究對象。該隧道位于城市的中心商業(yè)區(qū)，隧道上方的交通量較大，建筑物之間距離較近。該區(qū)域的管線排布十分復(fù)雜。隧道采用的是雙線單洞重疊的形式，高度為14 m，斷面的寬度為6.9 m。在隧道的預(yù)支護中，使用小導管注漿，初期是用網(wǎng)噴混凝土與格柵鋼架錨桿聯(lián)合支護，并在特殊地段采用了注漿與旋噴的方式加固。在二次襯砌中，施工人員運用模筑混凝土支護，在臺階之間設(shè)置了臨時橫撐，并噴涂了混凝土，挖出4個臺階。要有效控制臺階的長度，就要掌握一定的規(guī)律。

隧道主要通過粉質(zhì)填土層、中風化層等，拱部1.5 m以上為砂層。隧道內(nèi)部的圍巖上軟下硬，其中的軟弱圍巖透水性較強。地下水位埋深為1.2～3 m，隧道施工前期開挖量低于20 m，目前已經(jīng)出現(xiàn)了2次地表塌陷事故。

在隧道的洞口段，砂層部分侵入隧道拱頂。對此，施工人員應(yīng)采取地表旋噴的方式進行處理，從而對地層進行止水與加固。在加固之后，要挖掘隧道臺階，使用小導管灌注，并結(jié)合實際情況進行超前注漿。在開挖過程中，施工掌子面比較穩(wěn)定，很少出現(xiàn)底層變形現(xiàn)象，只有拱部出現(xiàn)少量的滲水。如果開挖機挖掘到一定程度，就會使掌子面出現(xiàn)涌砂和涌泥現(xiàn)象，進而導致地層出現(xiàn)變形，地表塌陷。

2 地表塌陷原因分析

在隧道開挖過程中，施工人員要明確這種復(fù)雜的過程，分析可能出現(xiàn)變化的因素。根據(jù)相關(guān)理論，在地層開挖之后，如果沒有支護，則隧道圍巖的穩(wěn)定性會遭到破壞；如果隧道上覆蓋的底層足夠厚，則土體的破壞程度會降低；如果隧道的力學條件發(fā)生巨大變化，則會破壞隧道的結(jié)構(gòu)，引發(fā)塌陷。

在隧道工程的計算中，隧道的壓力會隨著施工的推進而產(chǎn)生一系列變化，并經(jīng)過“形成→破壞→形成”的循環(huán)，增加跨度和高度。當隧道施工的壓力達到最大值時，如果繼續(xù)開挖，就會使土體遭到破壞，并由動水壓力沖至地表，從而引起塌陷。

影響地表塌陷的因素有多種，例如施工條件和地層條件。針對施工條件，主要是因為地質(zhì)超前預(yù)報信息不準確，或沒有預(yù)報，所以施工人員無法采取有效的預(yù)防措施。在施工中，如果深孔注漿加固的范圍較小，或是漿液擴散后無法止水，就不能起到加固的作用。在地層條件的分析中，淺埋暗挖隧道施工的上部是素填土，下部是淤泥質(zhì)粉土，具有分布廣泛、工程性質(zhì)差的特點。在這種情況下，洞身長期處于基巖中，局部洞頂存在砂層，很容易出現(xiàn)移動。在水流或排水的作用下，容易導致地層變形。

3 地表塌陷的控制措施

對于淺埋暗挖隧道施工引起的地表塌陷，施工人員要采取有效的控制措施，結(jié)合施工技術(shù)手段和容易出現(xiàn)塌陷問題的地方，從細節(jié)入手，具體措施如下。

3.1 科學截排工程地表水

在淺埋暗挖施工中，工程所處地勢較低，尤其是地表等區(qū)域，屬于集水地。在這種情況下，如果圍巖出現(xiàn)破損，地表水的滲透就會加劇，并進入工程地表的縫隙中。如果施工人員能夠合理引導這些地表水，利用排水坡和溝渠將其排出，就能防止地表水對隧道施工和隧道圍巖的穩(wěn)定性造成影響。

3.2 超前支護與設(shè)置格柵鋼架支撐

在隧道施工中，淺埋暗挖主要采用的是雙層超前小導管，施工人員要將水泥漿液注入到導管中，然后在高壓力泥漿的作用下，使土體受損的部分相互融合、滲透，最后形成漿脈網(wǎng)絡(luò)。漿脈網(wǎng)絡(luò)凝固后，可有效約束土體，使其周圍的結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，強度更大。在格柵鋼架支撐結(jié)構(gòu)的設(shè)置中，工作人員要采用核心土進行掏槽挖掘。在整個施工中，主要選用的是超前支護結(jié)構(gòu)，施工人員要應(yīng)用小型挖掘機挖掘臺階輪廓線，預(yù)留核心土進行掏槽開挖施工。在挖掘臺階時，需要嚴格控制臺階的高度，并人工修正存在問題的部分。工程結(jié)束后，應(yīng)及時封閉噴砼，并將噴砼的厚度控制在設(shè)計標準內(nèi)。在掏槽開挖后，要架設(shè)格柵鋼架，然后確定格柵間距，控制角鋼與槽鋼的連接，使其形成一個較好的整體。最后焊接格柵與小導管的尾部，增加格柵鋼架的穩(wěn)定性，并在拱腳處設(shè)置噴砼和錨桿，增加整體的穩(wěn)定性和可靠性。

3.3 下臺階開挖施工

施工人員將下臺階開挖到一定程度后，就要選取合理的開挖方法，先拉中槽，然后從兩側(cè)的跳槽挖掘。施工人員要在中槽的挖掘中留置平臺，以防出現(xiàn)掉拱的情況，并做好初期支護工作。網(wǎng)噴時，要進行格柵鋼架的支護，設(shè)置梅花形的錨桿。

在隧道施工中，部分路段會穿越民房地段，所以在地表完善中，要通過水泥、水玻璃液和注漿的方式固定施工地點周圍的松散圍巖。這樣能夠降低地表出現(xiàn)沉陷的概率，提高隧道的穩(wěn)定性，降低隧道施工對地表房屋的影響。在注漿的過程中，施工人員可以選取垂直注漿的方法，在特定位置放置注漿管，然后圍巖注漿。如果在垂直方向出現(xiàn)了障礙物，那么應(yīng)通過鉆斜注漿孔和注漿管來施工。

3.4 仰拱、襯砌施工和測量監(jiān)控

為了保證隧道施工的穩(wěn)定性和支護結(jié)構(gòu)的合理性，施工人員要采取仰拱和襯砌混凝土的施工方法。在整個過程中，要注意灌注的量以及灌注施工后仰拱和開挖面的范圍，并使用棧橋運輸，減少對地面的影響。在襯砌施工中，要根據(jù)其與開挖面的距離盡早閉合襯砌，使襯砌呈環(huán)狀閉合，較好地分散整體力度，保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

在測量監(jiān)控中，施工人員要隨時注意地表環(huán)境，通過收集地層地質(zhì)信息和分析圍巖狀況來了解施工情況。施工質(zhì)量和支護結(jié)構(gòu)變化等都能通過測量監(jiān)控得以了解，施工人員要隨時掌握這些動態(tài)數(shù)據(jù)，從而合理調(diào)節(jié)施工工藝，優(yōu)化支護結(jié)構(gòu)，保證施工質(zhì)量和施工安全。

4 結(jié)束語

在淺埋暗挖隧道施工中，施工人員應(yīng)采取地表旋噴的方式對地層進行止水和加固，并在整個施工中及時解決存在的問題，保證施工質(zhì)量。本文主要分析了淺埋暗挖隧道施工引起的地表塌陷問題及其控制措施，希望能為相關(guān)工程的施工提供一定的借鑒。

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〔編輯：王霞〕