淺埋暗挖隧道施工引起地表塌陷分析及控制對(duì)策

劉洋

摘 要：隧道施工建設(shè)應(yīng)用的技術(shù)與工藝不斷進(jìn)步，防控地表坍塌是海床塌陷淺埋暗挖海底隧道施工的重點(diǎn)內(nèi)容，如果出現(xiàn)海床塌陷海水將大面積管涌到隧道中，引發(fā)非常嚴(yán)重的后果。由此，需對(duì)地表塌陷發(fā)生機(jī)制以及原因進(jìn)行明確，并提出合理的解決對(duì)策，研究表明，嚴(yán)格按照基本原理與技術(shù)進(jìn)行隧道施工能達(dá)到預(yù)期控制效果，對(duì)地表塌陷預(yù)防有一定借鑒意義。

關(guān)鍵詞：淺埋暗挖；隧道施工；地表塌陷；控制方法

中圖分類號(hào)：TU990 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2016）12-0172-02

淺埋暗挖隧道施工將對(duì)巖石或者土體結(jié)構(gòu)造成擾動(dòng)，極易引發(fā)底層變形或者壓力增大，變形超出限度時(shí)將對(duì)周圍建筑物或者地下管線使用造成不便，地表坍塌一旦發(fā)生將對(duì)生態(tài)環(huán)境造成危害，更會(huì)影響到施工企業(yè)收益，對(duì)隧道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性造成不利影響，威脅到社會(huì)生產(chǎn)與建設(shè)。

1 工程概述與地表塌陷

1.1 工程概況

某地鐵區(qū)間隧道位于某市國(guó)貿(mào)大廈西部位置，隧道之上交通量大，兩側(cè)建筑物密集排列，地下管線分布廣、布設(shè)密集。隧道常使用雙線單孔洞重疊法，隧道斷面寬與高分別為5.8 m、 12 m，是高邊墻體的一種。預(yù)支護(hù)注漿使用小導(dǎo)管，初期支護(hù)使用網(wǎng)噴混凝土與格柵法，使用混凝土型號(hào)為C20，鋼筋主筋為20 mm、錨桿L=2.5 m，間距控制在650 mm×700 mm聯(lián)合支護(hù)法，旋噴與注漿聯(lián)合法對(duì)地層加固。混凝土支護(hù)使用二次襯砌，各個(gè)臺(tái)階使用臨時(shí)橫撐鋼架，對(duì)混凝土進(jìn)行網(wǎng)噴處理，挖掘建造3個(gè)臺(tái)階，保持臺(tái)階長(zhǎng)度在12～25 m范圍。

隧道從上至下的地層依次為：全新人工堆積層、海沖積層以及第四系殘積層等，地層深度層面還有下伏侏羅系凝灰層、震旦系花崗片麻層。隧道洞由全風(fēng)化層、中風(fēng)化層以及黏土層構(gòu)成，拱部位置1.2 m以上為砂土層，圍巖具有上層軟、下層硬的特征，軟圍巖中除了粉質(zhì)黏土以及全風(fēng)化層以外還有其他土層，具有較強(qiáng)的透水性，地下水深埋長(zhǎng)度為1.30～4.00 m，變化幅度在2.00～1.60 m以內(nèi)。隧道施工前需開挖25 m，但此次工程連接時(shí)發(fā)生了幾次坍塌事故[1]。

1.2 地表塌陷事故描述

在距洞口8 m距離的位置處砂層部分侵入到了隧道拱頂處，使用地表旋噴法進(jìn)行加固止水處理。旋噴加固法的應(yīng)用需開挖一個(gè)臺(tái)階，使用小導(dǎo)管超前加固，小導(dǎo)管直徑控制在 38 mm，長(zhǎng)度設(shè)定為3.5 m，縱向間距保持2.0 m，并留出0.5 mm的環(huán)向間距，需結(jié)合具體施工要求使用小導(dǎo)管預(yù)先灌注漿。在開挖過程中，比較穩(wěn)定的是掌子，地層變化幅度也不是非常大，在拱頂位置會(huì)積存少量滲水[2]。

一旦臺(tái)階累計(jì)開挖了8.5 m，掌子面將出現(xiàn)涌砂或者涌泥引發(fā)非常嚴(yán)重的地層變形現(xiàn)象，甚至造成地表坍塌，坍塌段位長(zhǎng)度在SK1+32.5～SK1+366.7，坍塌范圍長(zhǎng)、寬為8.7 m、3.5 m，深度為3.0 m。

2 地表塌陷的原因

在素填土下部存在淤泥層，并且分布較廣，厚度在1～5.8 m，其中夾雜著粗礫砂與粉細(xì)砂礫，靈敏度適中，工程性質(zhì)一般；淤泥土層粉質(zhì)黏土層存在不均勻的粉砂與中性砂、這些砂具有較強(qiáng)的滲透性，地下埋放表淺，松散性較大，如果處理不好將出現(xiàn)管涌或者流砂等問題；洞中有壓縮性殘積層，還有局部中等風(fēng)化基巖，風(fēng)化巖一旦遇水將失去穩(wěn)定性，砂層將沿著滲流方向移動(dòng)[3]。工程勘察研究表明，該工程出現(xiàn)坍塌事故的主要原因是地層松散、含水量高、空洞較多。隧道上覆蓋層中砂層厚度達(dá)5.6～8.5 m，流動(dòng)淤泥質(zhì)粉土厚度為3～5 m，具有較差穩(wěn)定性；粉質(zhì)黏土則在下層，當(dāng)與水混合時(shí)將變得異常松軟，在某段黏土層中厚度僅為1～3 m，隧道開挖造成涌水也是坍塌的主要原因，一旦出現(xiàn)浸水軟化的情況會(huì)降低巖體穩(wěn)定性與強(qiáng)度，坍塌就會(huì)不可避免的出現(xiàn)。兩次地表坍塌都表明，涌水涌砂以及壓力是造成坍塌的關(guān)鍵要素。

按照上文所述，在地層具體條件下施工需保持開挖高度低于3.25 m，此時(shí)，上覆地層將形成一個(gè)壓力拱，在這種條件下，壓力拱穩(wěn)定性非常差，非常容易遭到外力破壞；還有一部分原因是缺少對(duì)隧道上方路面沉降的監(jiān)測(cè)，不能針對(duì)沉降做出有效評(píng)估，路面本身就是一個(gè)結(jié)構(gòu)體，路面大面積變形或者脫開時(shí)路面依然可以保持穩(wěn)定，但使用監(jiān)測(cè)法不能對(duì)下方地層運(yùn)動(dòng)狀態(tài)做出準(zhǔn)確判斷[4]。

3 地表塌陷控制對(duì)策與應(yīng)用

3.1 地表塌陷控制對(duì)策

部分土體松軟或者移動(dòng)性較強(qiáng)，地層壓力失穩(wěn)，由此，隧道施工中需及時(shí)監(jiān)測(cè)是否存在塌方，如果監(jiān)測(cè)到塌方需及時(shí)處理，防止壓力拱失穩(wěn)，使事態(tài)惡化，防止塌方面積進(jìn)一步增大；施工會(huì)接觸到不同地層，地層中涌水或者涌砂是不可避免的，也是造成塌方的關(guān)鍵要素，由此，施工需加強(qiáng)對(duì)其的重視度，可以使用旋噴法封堵水流，防止出現(xiàn)涌砂造成的隧道塌方；因?yàn)榈貙訅毫敖Y(jié)構(gòu)失穩(wěn)時(shí)拱腳會(huì)最先遭到破壞，由此，拱腳變形的預(yù)防是重點(diǎn)監(jiān)測(cè)的內(nèi)容，還要加強(qiáng)對(duì)已經(jīng)塌方段位的加固與預(yù)防，初期支護(hù)需及時(shí)補(bǔ)充漿液；突發(fā)性是地表塌陷的一個(gè)主要特征，地表在發(fā)生塌陷前不會(huì)出現(xiàn)明顯的沉降，由此，需對(duì)地表塌陷段位位移情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，還要做好洞內(nèi)的監(jiān)測(cè)，確保在沉降發(fā)生時(shí)及時(shí)預(yù)報(bào)，只要有塌陷征兆就要迅速做出處理，防止發(fā)生更為嚴(yán)重的坍塌[5]。

3.2 地表塌陷控制方法的應(yīng)用

首先，使用鉆孔探測(cè)法對(duì)前方地層情況進(jìn)行探測(cè)，結(jié)合探測(cè)結(jié)果，在SK1+366～SK1+402段位使用垂直加固方法，而在SK1+482～SK1+500段位的首個(gè)臺(tái)階全面注漿處理，加強(qiáng)對(duì)地下水的封堵，對(duì)地層也要加固處理；初期格柵間距控制在 400 mm，目的是將開挖步距減少，使隧道工作面無支護(hù)空間減少，還能夠使循環(huán)時(shí)間縮短，將支護(hù)強(qiáng)度與剛度提高；設(shè)置 40 mm鎖腳注漿錨管，長(zhǎng)度設(shè)定在2.8 m，在第一個(gè)臺(tái)階設(shè)置3根，而在二、三臺(tái)階分別設(shè)置1根，向其中灌注水玻璃漿液，對(duì)拱腳加固處理；對(duì)隧道超前支護(hù)進(jìn)行調(diào)整，距離調(diào)整為3.5 m為宜，灌注時(shí)使用小導(dǎo)管，長(zhǎng)度控制在3.0 m，將長(zhǎng)短結(jié)合起來以超前加固處理；將初期支護(hù)格柵間距調(diào)整為400 mm以內(nèi)，能夠?qū)㈤_挖步距縮短，使隧道工作面無支護(hù)空間得以降低[6]。通過采取以上方法，不同里程段均在旋噴加固后強(qiáng)度增強(qiáng)，減少了拱頂滲水，注漿小短管加固掌子面穩(wěn)定性增強(qiáng)，鎖腳注漿錨的作用也更加顯著，后期開挖也沒有出現(xiàn)塌陷[7]。

4 結(jié) 語

本文主要對(duì)淺埋暗挖隧道施工引起的地表坍塌原因進(jìn)行了分析，并探究了地表坍塌對(duì)整個(gè)隧道工程開展造成的不利影響，結(jié)合這些不利條件以及坍塌原因提出了幾點(diǎn)預(yù)防坍塌事故的對(duì)策。在隧道施工中，防止坍塌的方法不僅要做好地面監(jiān)測(cè)工作，還要做好地下水、巖土層監(jiān)測(cè)與處理，確保隧道工程獲得綜合效益。

參考文獻(xiàn)：

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[5] 方應(yīng)仁.淺埋暗挖隧道施工引起的地表塌陷分析及其控制[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2014，（30）.

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[7] 袁云輝，楊平，江天塹，等.復(fù)雜環(huán)境下淺埋暗挖隧道穿越薄富含水層凍結(jié)溫度場(chǎng)研究[J].巖土力學(xué)，2010，（Z1）.