淺埋暗挖隧道施工引起地表塌陷分析及控制對策

劉洋

摘 要：隧道施工建設應用的技術與工藝不斷進步，防控地表坍塌是海床塌陷淺埋暗挖海底隧道施工的重點內容，如果出現海床塌陷海水將大面積管涌到隧道中，引發非常嚴重的后果。由此，需對地表塌陷發生機制以及原因進行明確，并提出合理的解決對策，研究表明，嚴格按照基本原理與技術進行隧道施工能達到預期控制效果，對地表塌陷預防有一定借鑒意義。

關鍵詞：淺埋暗挖；隧道施工；地表塌陷；控制方法

中圖分類號：TU990 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）12-0172-02

淺埋暗挖隧道施工將對巖石或者土體結構造成擾動，極易引發底層變形或者壓力增大，變形超出限度時將對周圍建筑物或者地下管線使用造成不便，地表坍塌一旦發生將對生態環境造成危害，更會影響到施工企業收益，對隧道結構穩定性造成不利影響，威脅到社會生產與建設。

1 工程概述與地表塌陷

1.1 工程概況

某地鐵區間隧道位于某市國貿大廈西部位置，隧道之上交通量大，兩側建筑物密集排列，地下管線分布廣、布設密集。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。預支護注漿使用小導管，初期支護使用網噴混凝土與格柵法，使用混凝土型號為C20，鋼筋主筋為20 mm、錨桿L=2.5 m，間距控制在650 mm×700 mm聯合支護法，旋噴與注漿聯合法對地層加固。混凝土支護使用二次襯砌，各個臺階使用臨時橫撐鋼架，對混凝土進行網噴處理，挖掘建造3個臺階，保持臺階長度在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。隧道洞由全風化層、中風化層以及黏土層構成，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，軟圍巖中除了粉質黏土以及全風化層以外還有其他土層，具有較強的透水性，地下水深埋長度為1.30～4.00 m，變化幅度在2.00～1.60 m以內。隧道施工前需開挖25 m，但此次工程連接時發生了幾次坍塌事故[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，使用地表旋噴法進行加固止水處理。旋噴加固法的應用需開挖一個臺階，使用小導管超前加固，小導管直徑控制在 38 mm，長度設定為3.5 m，縱向間距保持2.0 m，并留出0.5 mm的環向間距，需結合具體施工要求使用小導管預先灌注漿。在開挖過程中，比較穩定的是掌子，地層變化幅度也不是非常大，在拱頂位置會積存少量滲水[2]。

一旦臺階累計開挖了8.5 m，掌子面將出現涌砂或者涌泥引發非常嚴重的地層變形現象，甚至造成地表坍塌，坍塌段位長度在SK1+32.5～SK1+366.7，坍塌范圍長、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砂礫，靈敏度適中，工程性質一般；淤泥土層粉質黏土層存在不均勻的粉砂與中性砂、這些砂具有較強的滲透性，地下埋放表淺，松散性較大，如果處理不好將出現管涌或者流砂等問題；洞中有壓縮性殘積層，還有局部中等風化基巖，風化巖一旦遇水將失去穩定性，砂層將沿著滲流方向移動[3]。工程勘察研究表明，該工程出現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5.6～8.5 m，流動淤泥質粉土厚度為3～5 m，具有較差穩定性；粉質黏土則在下層，當與水混合時將變得異常松軟，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，一旦出現浸水軟化的情況會降低巖體穩定性與強度，坍塌就會不可避免的出現。兩次地表坍塌都表明，涌水涌砂以及壓力是造成坍塌的關鍵要素。

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，上覆地層將形成一個壓力拱，在這種條件下，壓力拱穩定性非常差，非常容易遭到外力破壞；還有一部分原因是缺少對隧道上方路面沉降的監測，不能針對沉降做出有效評估，路面本身就是一個結構體，路面大面積變形或者脫開時路面依然可以保持穩定，但使用監測法不能對下方地層運動狀態做出準確判斷[4]。

3 地表塌陷控制對策與應用

3.1 地表塌陷控制對策

部分土體松軟或者移動性較強，地層壓力失穩，由此，隧道施工中需及時監測是否存在塌方，如果監測到塌方需及時處理，防止壓力拱失穩，使事態惡化，防止塌方面積進一步增大；施工會接觸到不同地層，地層中涌水或者涌砂是不可避免的，也是造成塌方的關鍵要素，由此，施工需加強對其的重視度，可以使用旋噴法封堵水流，防止出現涌砂造成的隧道塌方；因為地層壓力拱結構失穩時拱腳會最先遭到破壞，由此，拱腳變形的預防是重點監測的內容，還要加強對已經塌方段位的加固與預防，初期支護需及時補充漿液；突發性是地表塌陷的一個主要特征，地表在發生塌陷前不會出現明顯的沉降，由此，需對地表塌陷段位位移情況進行監測，還要做好洞內的監測，確保在沉降發生時及時預報，只要有塌陷征兆就要迅速做出處理，防止發生更為嚴重的坍塌[5]。

3.2 地表塌陷控制方法的應用

首先，使用鉆孔探測法對前方地層情況進行探測，結合探測結果，在SK1+366～SK1+402段位使用垂直加固方法，而在SK1+482～SK1+500段位的首個臺階全面注漿處理，加強對地下水的封堵，對地層也要加固處理；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空間減少，還能夠使循環時間縮短，將支護強度與剛度提高；設置 40 mm鎖腳注漿錨管，長度設定在2.8 m，在第一個臺階設置3根，而在二、三臺階分別設置1根，向其中灌注水玻璃漿液，對拱腳加固處理；對隧道超前支護進行調整，距離調整為3.5 m為宜，灌注時使用小導管，長度控制在3.0 m，將長短結合起來以超前加固處理；將初期支護格柵間距調整為400 mm以內，能夠將開挖步距縮短，使隧道工作面無支護空間得以降低[6]。通過采取以上方法，不同里程段均在旋噴加固后強度增強，減少了拱頂滲水，注漿小短管加固掌子面穩定性增強，鎖腳注漿錨的作用也更加顯著，后期開挖也沒有出現塌陷[7]。

4 結 語

本文主要對淺埋暗挖隧道施工引起的地表坍塌原因進行了分析，并探究了地表坍塌對整個隧道工程開展造成的不利影響，結合這些不利條件以及坍塌原因提出了幾點預防坍塌事故的對策。在隧道施工中，防止坍塌的方法不僅要做好地面監測工作，還要做好地下水、巖土層監測與處理，確保隧道工程獲得綜合效益。

參考文獻：

[1] 李建設.某城市地鐵暗挖隧道地表塌陷原因分析及處理技術[J].隧道建設，2010，（4）.

[2] 蘇小敏，蘭天仕.打括隧道淺埋暗挖及穿越民房段預防地表塌陷施工技術[J].企業科技與發展，2012，（2）.

[3] 楊長庚.淺埋暗挖隧道施工引起的地表塌陷分析及控制[J].城市建設理論研究（電子版），2015，（3）.

[4] 方仁應.淺埋暗挖隧道施工引起的地表塌陷分析及其控制[J].城市建設理論研究（電子版），2014，（35）.

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

[6] 王劍晨，張頂立，張成平，等.淺埋暗挖隧道近距施工引起的上覆地鐵結構變形分析[J].巖石力學與工程學報，2014，（1）.

[7] 袁云輝，楊平，江天塹，等.復雜環境下淺埋暗挖隧道穿越薄富含水層凍結溫度場研究[J].巖土力學，2010，（Z1）.