某地鐵隧道道床隆起原因分析

賀錦美

(中煤科工集團南京設計研究院，江蘇南京 210031)

1 工程概況

該工程位于某市某山南麓，區間隧道長約1 000 m，近東西走向，斷面形式為馬蹄形，洞寬約6.0 m，高約6.0 m，軌頂標高5.00 m～-1.55 m，西高東低，相應埋深約16 m～41 m，采用礦山法施工。區間沿線地貌單元為崗地，地面標高最大值45.9 m，最小值14.4 m，相對高差31.5 m;地形中部高，兩端低，東坡緩于西坡，地表植被發育。沿線地層分布較穩定，未見大的構造斷裂帶分布。該隧道于2010年4月試運營，次月正式運營。2011年8月右線隧道K19+585處道床突然隆起，造成列車停運。

2 工程地質及水文地質條件

2.1 工程地質條件

該工程地處崗地，地層為上土下巖結構。上部土層分布較薄，地層較為簡單，基巖埋深較淺，隧道穿越地層主要為中、微風化砂巖，部分為中風化泥巖，隆起段地層分布詳見圖1。區間沿線地層分布情況如下：

①層填土：主要為碎石土及粘性土，松散，層厚1.0 m～1.5 m;

④-1層粉質粘土：部分為粘土，混少量鐵錳氧化物，硬塑，層厚0.7 m～5.3 m;

④-e層混粘性土卵石：卵石成分為石英砂巖，亞圓形和次棱角形，粒徑多3 cm～10 cm，混粘性土量不等，多在30%～40%，層厚0.9 m～2.5 m;

⑤-e層殘積土：多呈粘性土狀，少量呈砂土狀，夾有少量風化巖碎屑，土質不均，層厚1.4 m～2.5 m;

⑥-1a層強風化砂巖：紫紅色，原巖以粉細砂巖為主，偶夾泥質粉砂巖，頂部多呈砂土狀，裂隙很發育，中下部多呈碎裂狀、餅狀，手捏易碎，遇水易軟化，巖質很不均勻，層厚1.5 m～9.5 m;

⑥-1b層強風化泥巖：紫紅色，原巖為泥巖、粉砂質泥巖，經風化頂部呈土狀，裂隙很發育，中下部多呈碎塊狀、餅狀，手捏易碎，遇水易軟化泥化;層厚1.4 m～3.4 m;

⑥-2a層中風化砂巖：紫紅色，原巖為粉細砂巖，間夾泥質粉砂巖，局部互層狀;多泥質膠結，少量鈣質膠結;裂隙發育，裂面傾角35°～75°，局部充填結晶方解石。巖芯多呈短柱狀，少呈不規則塊狀、長柱狀，層厚4.0 m～13.1 m;

⑥-2b層中風化泥巖：紫紅色，原巖為粉砂質泥巖、泥巖，偶夾砂巖薄層;裂隙發育，巖芯多呈短柱狀，少呈扁柱狀、碎塊狀。錘擊聲較啞，較易擊碎，手折易斷，遇水易軟化泥化，層厚4.0 m～8.0 m;

⑥-3a層微風化砂巖：紫紅色，原巖為細砂巖、粉砂巖，間夾泥質粉砂巖;多泥質膠結，少量鈣質膠結。裂隙較發育～發育，裂面傾角40°～75°，局部充填結晶方解石。錘擊聲脆～較脆，手難折斷。巖芯多呈短柱狀，長柱狀、碎塊狀次之。

圖1 隧道地層分布概況（隆起段）

2.2 水文地質條件

勘探深度內揭露的地下水類型主要有孔隙潛水和基巖裂隙水兩類。潛水主要賦存于①，④-1，④-e，⑤-e地層中，屬弱～微透水性。就總體來講，其潛水賦水性不強。但①層填土局部空隙較大，與地表排水管道連通性較好，并受地形影響，其透水性較強。

基巖裂隙水主要賦存于⑥-1a，⑥-2a，⑥-3a砂巖地層的裂隙中。砂巖主要為泥質粉砂巖、粉細砂巖，間夾砂質泥巖，巖性總體變異性較大，局部巖質較純，裂隙較發育，野外勘探時，泵量160 L/min～200 L/min條件下⑥-3a層局部漏漿嚴重，無泵壓時不漏漿。⑥-1b，⑥-2b，⑥-3b層為泥巖，遇水泥化，故其賦水性、透水性差。

勘探期間為枯水期，實測穩定水位埋深0.55 m～3.70 m，平均約1.95 m，其水位隨地形起伏變化。據調查，本區段兩端常年地下水水位埋深約1.5 m～2.5 m，水位變幅3.0 m左右。地下水主要接受降雨入滲、管道滲漏和可能的裂隙水側向補給，徑流遲緩。

3 隧道道床隆起及原因分析

3.1 隧道道床隆起及處置

2011年8月22日，右線隧道里程K19+585處隧道底板突然隆起，造成列車停運，隧道道床損壞約長30 m，道床最大隆起高度19.5 cm。處置過程中發現隆起段二襯結構底板有少許破壞(見圖2)。

圖2 軌道隆起處車廂變形

事故發生后采取以下措施進行了緊急處理：1)對隆起破壞的道床及二襯結構進行了破除并重新施作，架設工字鋼梁確保隧道安全;2)對仰拱二襯鋼筋進行了加強，鋼筋和原隧道鋼筋焊接連結，襯砌厚度增加10 cm;3)在初支和二襯之間預埋泄水盲管，按間距2.0 m布設，泄水管直徑80 mm。

3.2 隧道道床隆起原因分析

1)巖層膨脹性分析。根據該區間巖礦鑒定試驗結果，砂巖主要成分為石英、長石，為鈣質、泥質膠結，為非膨脹性巖石;另隧道結構位于地下水位以下，巖層天然狀態接近飽和，可排除膨脹造成可能。

2)圍巖巖性及構造特征使巖體裂隙成為地下水排泄通道。區間基巖為侏羅系中下統象山群，巖性主要為砂巖、泥質砂巖夾泥巖，砂巖與泥巖呈交錯或互層沉積;巖體裂隙發育，裂隙傾角較陡;砂巖裂隙具有一定張開性，透水性較好;砂巖中節理裂隙、構造裂隙、層間空隙構成圍巖體中的“脈狀網絡”賦水、透水體系，形成地下水的主要通道。隧道底板為⑥-3a微風化泥質粉砂巖、粉細砂巖，裂隙較發育，裂面傾角30°～50°，其裂隙透水性相對較好，形成了聯通體系。

3)地貌、巖層產狀特征可使地下水補給、匯聚。區間位于某山南麓，地勢差異變化大，巖層為向南傾的單斜構造，巖層傾角多在30°左右。區間中部基巖覆蓋層厚薄不均，多有人類活動形成的坑洞，利于地表水的積聚。另區間東段地面坡度較緩，地表植被發育，降雨形成的地表徑流比較遲緩，利于降雨滲入地下，匯集到圍巖裂隙脈絡體系中，使結構周圍水壓力持續增大。

4)礦山法施工增強了圍巖裂隙的連通性及賦水性。該區間隧道埋深16 m～41 m，均位于地下水位以下。礦山法施工使隧道圍巖產生明顯的卸荷、松弛作用，加之爆破作用的累加效應，由此引起隧道圍巖裂隙隨時日延續逐漸開張、擴展，致使圍巖范圍內巖體透水性得到增強。連續降水或暴雨可使隧道襯砌外圍水頭陡增，水壓急劇加大。

此外，礦山法施工難免產生超挖現象，當超挖部分不能得到很好地密實填充，則在襯砌的背后易形成較大的“蓄水空間”，暴雨期間地表水通過巖層面及巖層裂隙滲入前述“蓄水空間”，若“蓄水空間”內水不能得到有效排除而持續積累，將在隧道周圍產生持續增大的水壓，對隧道結構帶來不利影響。

5)連續降水或暴雨使隧道襯砌外圍水頭陡增，水壓急劇加大。2011年7月該市降雨量為278 mm，與常年相比偏多近5成。2011年8月上旬該市降水量為110 mm，與常年相比偏多近1.8倍，旬降水日數為9 d;2011年8月中旬該市累計降水量為51 mm～86 mm，與常年相比偏多近6成，旬降水日數為6 d;2011年8月下旬降水量70 mm～107 mm，比常年同期多5成以上。自當月17日至22日連續降雨，降水時間長。連續的強降雨，通過巖層面及巖石裂隙不斷向下入滲匯聚，造成圍巖巖體中地下水頭較快上升。

當水壓超出了隧道襯砌的極限承載能力時，就會使隧道結構產生破壞。從受力特征來看，隧道底板處水壓相對較大，為結構相對薄弱部位，故多見底板處發生破損。隨著“蓄水空間”的增大，水壓力亦隨之增加;地下水遇到密閉性能較好的隧道結構外壁時，由于壓力難以釋放，隨著水壓力的增加，當水壓力超過薄弱部位的結構極限強度就會造成底板底鼓，嚴重時造成結構的破壞。此時若留有一定數量的泄水孔，就能很好的減少水壓力的積聚，避免造成結構的破壞。

綜合前述分析，該隧道的特殊地理位置(高大山體南麓)，場地基巖節理裂隙的高度發育，礦山法施工引起的基巖裂隙的進一步發展，連續降水造成地下水位的持續上升，防水性能好的密閉隧道周圍地下水未能得到及時有效排泄，在隧道結構周圍產生的水壓力超過了薄弱部位結構所能承受的極限承載能力是造成此次道床隆起的主要原因。

4 結語

結合此次事故發生的原因，有以下幾點值得注意：

1)工程場地位于大型山體附近時，應結合山體構造、地貌等考慮因地勢高差變化大可能引起的額外水壓力對工程可能產生的不利影響;

2)礦山法施工時，應注意將隧道周邊因超挖可能形成的空隙填實;

3)對短期內地下水位可能急劇增加的隧道工程，設計宜可設置一定數量的泄水盲管，防止地下水對結構產生過大水壓力;

4)長期降雨及暴雨天氣條件下，應加強地下隧道監測工作，加密監測的頻率。

［1］ GB 50307-1999，地下鐵道、軌道交通巖土工程勘察規范［S］.

［2］ 朱永全，宋玉香.隧道工程［M］.第2版.北京：中國鐵道出版社，2007：102-106.