沈海高速公路路面塌陷成因及其經(jīng)驗教訓

蔡永翔

（上海同是科技股份有限公司，上海 201100）

1 工程概況

1.1 區(qū)間總體概況

區(qū)間線路起于XX站后以1500m半徑向北偏西偏轉(zhuǎn)，途經(jīng)海翔大道、沈海高速、集美北大道、規(guī)劃緯一路后，線路又以反方向曲線向北偏東偏轉(zhuǎn)，曲線半徑350m，后至規(guī)劃軟件園地塊，進入XX站，區(qū)間線間距12～15m，總 長1085.293m(右 線)/1092.501m(左線)，區(qū)間線路先以28‰的坡度下行至誠毅大街跨線橋前，后轉(zhuǎn)而上行以27.996‰(右線)/27.760‰(左線)的坡度進入XX站，區(qū)間隧道最大埋深約26m，最小埋深約4m。區(qū)間垂直下穿沈海高速，隧道頂距高速公路路面高度為20.309m，高速范圍里程為DK27+320～DK27+410共90m。區(qū)間隧道采用礦山法施工，標準段截面為單洞單線馬蹄形斷面，區(qū)間共設置豎井及橫通道2處，另在最低點處設置1座泵站兼做聯(lián)絡通道。

1.2 沈海高速公路下部地質(zhì)條件及周邊環(huán)境

沈海高速公路下部從上往下地質(zhì)條件分別為：＜1-2-1＞黏土質(zhì)素填土、＜4-2＞淤泥質(zhì)黏土、＜3-4-2＞粗砂、＜17-1＞全風化花崗巖，區(qū)間線路下穿沈海高速公路地質(zhì)剖面圖詳見圖1。沈海高速公路下穿段有一過水箱涵位于區(qū)間隧道右線上方，箱涵基礎距隧道頂約16m，區(qū)間隧道左、右線與誠毅大街跨線橋主橋平行南北走向，均位于跨線橋內(nèi)側，側穿橋梁樁基，樁徑1.2m，區(qū)間隧道與誠毅大街跨線橋樁基的最小凈距為3m，區(qū)間隧道下穿沈海高速公路平面示意圖見圖2。

圖1 區(qū)間線路下穿沈海高速公路地質(zhì)剖面圖

圖2 區(qū)間線路下穿沈海高速公路平面示意圖

工程范圍內(nèi)地表水發(fā)育，線位東側為碧溪及若干大小不等的水塘。地下水主要有第四系孔隙水、基巖裂隙水。第四系孔隙潛水主要賦存于沖洪積砂層中?；鶐r裂隙水主要賦存于基巖強、中等風化帶中。區(qū)間范圍內(nèi)沖洪積砂層主要呈透鏡狀分布、局部層狀分布，級配較好，砂層總厚度大體在0.45～7.4m，埋深2.7～16.85m。地下水以孔隙潛水為主，局部為股狀水流，地下水位埋深0.7～9.7m，標高0～4.1m，水位線位于正洞洞頂以上7.3～22.3m，洞內(nèi)易形成積水。

1.3 設計情況

區(qū)間隧道下穿沈海高速公路圍巖等級Ⅳ級，結構支護形式為復合式襯砌，初期支護采用I18@0.5m工字鋼架，Φ8@0.15×0.15m雙層鋼筋網(wǎng)，縱×環(huán)：0.8x×0.8m、L=3m、Φ25中空注漿錨桿，噴射C20混凝土厚300mm，二次模筑襯砌厚350mm。開挖前先在兩側降水施工，并采取掌子面WSS超前帷幕預注漿加固+雙層超前WSS管支護（Φ42鋼管、L=6.5m、縱×環(huán)：4×0.3m）+洞內(nèi)大管棚（Φ89、L=90m、環(huán)向間距0.3m）超前支護措施。采用短臺階法開挖，上臺階設置臨時仰拱。

沿高速公路坡腳兩側布設兩排大口徑降水井，孔徑Φ600mm，兩排井間距6m，左右線開挖輪廓線外5m開始布井，橫向間距8m，降水井布置線沿高速公路兩側向兩端延伸至路基寬度的1.5～2.0倍。

1.4 隧道開挖情況

沈海高速公路位于1號豎井與2號豎井之間且較接近于2號豎井，采用從兩個豎井端相向開挖的方案。事故發(fā)生時，該區(qū)間左洞上、下臺階已貫通，右洞上臺階貫通（貫通面里程：YDK27+353.7），下臺階剩余約20m初期支護尚未閉合成環(huán)。

2 事故發(fā)生概述

2016年第14號強臺風“莫蘭蒂”于9月15日3時05分在福建沿海區(qū)域登陸，登陸中心附近最大風力達到15級，為福建省近年來遭受破壞力最強大的臺風。受此次臺風所帶來暴雨、強風等影響，XX區(qū)間項目部駐地附近房屋建筑破損嚴重，工地電力中斷，造成15日～19日期間降水工作停止，9月19日20時10分，一部行駛在沈海高速K2308+300里程B道路面的廂式貨車后車輪突然掉落路面陷坑，事故發(fā)生時未對后方行駛車輛造成二次事故。事故發(fā)生時現(xiàn)場圖片詳見圖3、圖4。

圖3 廂式貨車后車輪掉落路面陷坑

圖4 右洞貫通斷面初期 支護結構滴滲

3 監(jiān)測布點與數(shù)據(jù)

3.1 監(jiān)測布點

沈海高速公路下穿段根據(jù)監(jiān)測方案進行布點監(jiān)測，監(jiān)測項目包括：建筑物豎向位移、地表沉降、凈空收斂、拱頂沉降。其中，地表沉降沿線路走向在沈海高速兩側硬路肩、中央分隔帶及邊坡位置各布置一組沉降觀測點。在誠毅大街跨線橋墩身設置建筑物豎向位移觀測點。測點布置詳見圖5。

圖5 區(qū)間監(jiān)測點布置圖

3.2 監(jiān)測數(shù)據(jù)

圖6 施工方地表沉降測點累計值變化曲線圖

圖7 施工方拱頂沉降Y-GDC-28測點累計值變化曲線圖

圖8 施工方凈空收斂Y-JKJ-28測點累計值變化曲線圖

3.3 數(shù)據(jù)簡析

根據(jù)圖6至圖8各監(jiān)測點累計變化曲線圖分析可以看出，事故發(fā)生之前曲線較平滑，未出現(xiàn)較大轉(zhuǎn)折點。事故發(fā)生后，DBC-53-1至DBC-54-6地表點出現(xiàn)明顯下沉趨勢，且同一監(jiān)測斷面拱頂沉降及凈空收斂測點監(jiān)測數(shù)據(jù)變化也較為明顯。24日洞內(nèi)外注漿加固后，各監(jiān)測點數(shù)據(jù)趨于平穩(wěn)，現(xiàn)場巡查也未發(fā)現(xiàn)異常。

4 成因分析

其一，區(qū)間下穿段有一過水箱涵屬于沈高速公路路基擴寬接長部分，因此，在新舊箱涵銜接部位，由于涵身材料不同且兩側回填土壓實度不同，當箱涵基底積水浸泡時容易產(chǎn)生不均勻沉降并引起路面開裂下沉

其二，事故發(fā)生段兩側地勢高而中間低，地下水位補給較為豐富，而區(qū)間隧道上方為＜3-4-2＞富水粗砂層，洞身為＜17-1＞全風化花崗層，當15日～19日斷電停止降水工作后，地下水位快速回升，右洞貫通斷面初期支護出現(xiàn)大范圍滴滲現(xiàn)象，水壓力增大，初期支護背后圍巖浸水后軟弱變形容易導致拱腳產(chǎn)生下沉現(xiàn)象，并最終反射至高速公路路面形成下沉現(xiàn)象。其三，項目部應急物資準備不充分。因臺風造成工地斷電期間，應急物資庫沒有備用柴油發(fā)電機組，項目部也未緊急調(diào)配，停工期間未繼續(xù)降水作業(yè)，也未及時向上級領導反饋，造成地下水位持續(xù)上漲。其四，監(jiān)測數(shù)據(jù)無法為動態(tài)風險評估提供依據(jù)。施工方及第三方監(jiān)測15日至23日未上傳洞內(nèi)監(jiān)測數(shù)據(jù)，15日至20日未上傳洞外監(jiān)測數(shù)據(jù)。事后查證，因臺風天氣造成地表沉降觀測點破壞，初期支護補噴素混凝土造成拱頂沉降及周邊收斂觀測點破壞，監(jiān)測數(shù)據(jù)缺失導致結構變形未及時預警。其五，下穿沈海高速公路施工前未對過水箱涵周邊地層進行地質(zhì)雷達掃描，并對可能存在薄弱層進行地層加固，也是造成此次路面塌陷的原因之一。其六，事故發(fā)生前左右線均已洞通，參建各方的風險意識產(chǎn)生了松懈，面對“莫蘭蒂”臺風的襲擊可能發(fā)生的風險和造成的后果預判不足，也是造成此次路面塌陷的原因之一。

5 應急處理措施

其一，事故發(fā)生后立即啟動應急預案，對高速公路采取限速、交通導行措施，救治傷員，吊出受困車輛，采用商品混凝土回灌路面塌坑。其二，項目部采用應急電源供電方式恢復地表降水工作，將地下水位降低至隧道仰拱下方1.0m位置。其三，采用地質(zhì)雷達對塌坑周邊道路及暗挖隧道初期支護后背進行空洞掃描，采取地表注漿及洞內(nèi)注漿方式對不密實地層進行加固（見圖9）。其四，區(qū)間右洞初期支護兩側拱腳架設臨時橫撐，增強初期支護結構穩(wěn)定性；同時，加快下臺階開挖，仰拱及時閉合成環(huán)（見圖10）。其五，恢復并加密洞內(nèi)初期支護拱頂沉降、初期支護凈空收斂及高速公路路面沉降監(jiān)測點，施工方監(jiān)測頻率改為1次/3h，第三方監(jiān)測頻率改為1次/天，創(chuàng)建XX區(qū)間監(jiān)測信息微信群，發(fā)布動態(tài)監(jiān)測信息，參建各方實時了解并掌握異常數(shù)據(jù)信息。其六，在地表注漿及洞內(nèi)注漿完成且實時監(jiān)測數(shù)據(jù)信息趨于穩(wěn)定后，高速公路行政主管部門組織路面恢復工作。

圖9 沈海高速路面塌陷處注漿加固

圖10 右洞初期支護 背后注漿加固

6 經(jīng)驗教訓

其一，暗挖隧道應慎選貫通里程。本區(qū)間貫通里程位于沈海高速公路下方，而路面塌坑位于右線YDK27+355上方，兩者里程相距很近，隧道周邊軟弱地層及過水箱涵受開挖擾動影響較大，因此，貫通里程應選擇在遠離高速公路且周邊無重要管線的平坦開闊地帶，以減少施工帶來的風險。其二，應急物資準備不充分，監(jiān)測管理工作松懈，需要提高參建各方的安全風險意識。其三，對極端天氣可能發(fā)生的風險和造成的后果，需進一步明細，加強風險提示，提高現(xiàn)場單位的風險意識。其四，應全面認真進行地層疏松、空洞等檢測工作，發(fā)現(xiàn)問題主動及時上報，采取袖閥管注漿等方式消防事故隱患。其五，必須認識到數(shù)據(jù)上傳準確性、及時性在施工中起到至關重要的作用，加強項目組人員責任心教育，并協(xié)調(diào)兩家監(jiān)測單位確保數(shù)據(jù)及時、準確并按規(guī)定上報。其六，需要進一步加大現(xiàn)場巡視力度，重點發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場施工存在的重大隱患點，并及時進行揭露，協(xié)助避免。

7 結語

城市地下軌道交通工程屬于高風險的項目，本文從周邊環(huán)境、水文地質(zhì)條件、安全生產(chǎn)監(jiān)管職責落實等方面對事故原因進行剖析，并簡單介紹現(xiàn)場應急處置措施，最后概括總結了此次事故的經(jīng)驗教訓。工程建設安全行業(yè)要主動擁抱數(shù)字化變革，以“讓每一個工程項目安全”為目標，以“人本工程安全理論”為基礎，以“云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能”等數(shù)字技術為支撐，重構工程建設安全領域多方“監(jiān)、管、服”體系，循序漸進地推動行管方、建設方、建造方、服務方的轉(zhuǎn)型升級，促進工程建設安全行業(yè)行穩(wěn)致遠。