淺埋暗挖隧道施工引起的地表塌陷及控制方法

李榮華

(貴州橋梁建設集團有限責任公司，貴州貴陽550000)

淺埋暗挖隧道施工引起的地表塌陷及控制方法

李榮華

(貴州橋梁建設集團有限責任公司，貴州貴陽550000)

針對淺埋暗挖隧道工程施工中的上方地表塌陷問題，結合某公路隧道工程實際情況，對產生塌陷的原因及控制方式進行分析，旨在為確保隧道施工安全提供可靠依據。

淺埋暗挖隧道;地表塌陷;產生原因;控制方法

1 工程概況

某公路隧道位于市郊區，隧道進口地形較緩，覆蓋層較薄，自穩能力差，易形成地表下沉塌陷。該隧道為雙向單洞分離式隧道。公路等級:高速公路;建筑限界凈寬為10.25 m;筑限界凈高為5.0 m;設計荷載:公路－I級。隧道預支護采用大管棚、小導管注漿、系統錨桿、鋼筋網、噴射混凝土、型鋼拱架作為初期支護，二次襯砌采用模筑混凝土。隧道開挖采用環形開挖預留核心土法施工，有利于及時施作拱部初期支護以加強開挖工作面穩定性，核心土以及下部開挖在初期支護的保護下進行，環形開挖進尺不宜太長，一般環形開挖進尺為1.5～1.0 m左右，不宜過長。隧道淺埋段開挖主要經過粘土層與風化層，拱部上方的1.5 m，為風化層，圍巖表現為上軟下硬狀態，圍巖透水性很強。隧道施工過程中，在開挖到20 m時，出現了地表塌陷現象。

2 地表塌陷產生原因

2.1 地層條件

(1)處在粘土層下方的淤泥粉土分布十分廣泛，厚度在0～4.6 m范圍內，局部還夾有粗質礫砂與細質砂。該層的土層屬于欠固結土，靈敏度為中等水平，工程穩定性相對較差。

(2)淤泥層和粘土層的下方存在風化層，有較好的滲透性，且工程所在區域的地下水埋深很淺，如果施工中未進行針對性處理，將產生流砂或管涌等問題。

(3)隧道洞身處在風化基巖當中，洞頂上的局部風化巖在水的作用下穩定性降低，砂層在滲流方向上容易產生運移現象。

(4)工程內地層的物理性質檢測結果為:地層實際含水量偏大，砂石含量大，且大多表現為松散的形態。此外，地層中還分布大量細砂礫，地層整體表現為散粒體，施工中排水會對粉細砂礫造成嚴重沖刷，促進地層發生變形，對工程施工造成影響。

(5)工程地層的微結構掃描結構顯示:粉砂顆粒的構成不夠均勻，粒徑為0.05～0.5 mm不等，狀態松散，幾乎不存在膠結物，橫斷面上存在大空洞，在產生滲流現象后，細小的顆粒容易被水流帶走填補孔洞，使得地層產生較大位移;礫砂顆粒的粒徑以0.6 mm為主，存在一部分較大的顆粒，縱斷面結構有少數空隙。

2.2 施工條件

(1)施工過程中地質的超前預報不夠深入，對有幾率產生的問題未能給予足夠的認識，塌陷事故產生在洞口淺埋段注漿加固區，如果在注漿加固區中預留充足的保護空間，并切實做好地質預報，完全能有效防止塌陷產生。

(2)隧道內注漿加固范圍較小，注漿孔的間距過大，使得漿液在擴散以后無法形成連續的止水環，不能發揮止水作用;此外，隧道設計選用超前小導管注漿，但由于區域內的地下水較為豐富，實際滲漏現象嚴重，小導管作用有限，導致施工面產生管涌。

(3)隧道洞身上方地面沉降監測不到位，沒有對深層次的地層沉降進行監測，由于洞口上方地面同屬工程結構，具備一定剛度與強度，如果地表以下的地層產生較大變形，必然會對地面穩定性造成影響，所以單單對地面狀態進行監測是遠遠不夠的，導致在產生沉降后未能采取有效措施進行處理，錯過了最佳的塌陷事故防控時間。

3 塌陷控制方法及應用

3.1 塌陷控制方法

(1)施工內無足夠有效的支護是造成地表塌陷事故的主要原因之一，對此，在實際施工中需要盡可能加強無支護區域，同時對這一區域進行相應的加強預支護，這是防控地表塌陷事故的首要前提。

(2)由于地層和圍巖的土體具有松軟與蠕變特點，且壓力拱自身穩定性容易受到時間等因素的直接影響，所以在施工過程中如果產生小規模塌方，需要立即進行處理，以此形成一個穩定的下級壓力拱，防止產生更大規模的塌陷。

(31)從塌陷產生原因分析中可知，涌水流砂為形成塌陷的主要誘因。對此，在具體施工中必須注重地下水的有效處理，可采取超前注漿等進行堵水，以免由于涌水流砂現象造成洞身塌方與地表塌陷。

(4)對于隧道中的軟弱層，需根據實際情況采用有效措施對地層實施加固處理，以此確保壓力拱自身穩定性，促使下級壓力拱形成，確保隧道施工安全。

(5)由于壓力拱失穩是因為拱腳被破壞造成的，所以施工中必須重視拱腳變形監控。若施工中遇到砂層，特別是在已經產生塌方的隧道段，需要強化洞身兩側及前方的加固支撐，并對隧道的初期支護進行補充注漿。

(6)隧道的地表塌陷現象通常具有突發性特點，在塌陷產生以前地表并沒有顯著的沉降，所以在容易產生塌陷的位置要進行深層位移監測，同時強化洞身中的監測，以便準確預報地層沉降，存在預兆后立即處理，以免造成大規模塌陷。

3.2 塌陷控制方法應用

(1)采用超前鉆孔對掌子面前方地層狀況進行明確，根據探測所得結果，采用垂直旋噴法對地層進行加固，配合使用全斷面注漿。

(2)調整隧道施工的超前支護，使用4.5 m與2.0 m的注漿小導管，采取長短結合法對地層實施超前加固。

(3)隧道初期支護的型鋼間距改成由50 cm變更為40 cm，以此縮短開挖施工步距，減小無支護區域，同時還能進一步縮減循環周期，大幅提升隧道初期支護強度與剛度。

(4)在鋼架的拱腳位置設置注漿小導管，小導管的長度為3.5 m，在拱腰每側設置二根，設置完成后注入水泥和水玻璃的混合漿液，以此有效加固鋼架拱腳。

(5)施工過程中切實強化洞身及地表沉降監測，加密布置監測點與縮短兩次監測的時間間隔，同時選擇合適的位置設立主要監測斷面，在此斷面上實施地層分層沉降監測、分層水平位移監測等，從而整體反映地層實際情況。

3.3 應用效果

通過對上述控制方法的應用，地層經旋噴加固后強度明顯提升，實際滲水量降低，采取長短結合加固方式的隧道掌子面十分穩定，拱腳加固效果良好，后期施工順利進行，沒有產生沉降與地表塌陷事故，說明此控制方法切實有效。

4 總結

(1)隧道施工面存在支護不足區域是引發地表塌陷主要原因，在實際施工中需要采取有效方法盡可能加強支護區域，同時做好預支護，限制上方地層位移，促使下級壓力拱形成，預防塌陷事故產生。

(2)涌水流砂同樣是造成塌陷的主要原因，在實際施工中需要對地下水的處理給出足夠重視，同時有效加固地層，防止塌陷產生。

(3)現場施工人員必須深刻理解淺埋暗挖隧道的基本機理，嚴格貫徹執行“超前支護、嚴格注漿、弱爆破、短進尺、增強支護、緊封閉、勤量測”方針，進而達到有效預防塌陷產生的根本目的。

［1］張成平，張頂立，王夢恕.淺埋暗挖隧道施工引起的地表塌陷分析及其控制［J］.巖石力學與工程學報，2014，11(12):3601－3608.

［2］陳軍.淺埋暗挖隧道施工引起的地表塌陷分析及控制研究［J］.科技與創新，2016，10(7):116－118.

［3］張成平，張頂立，王夢恕，黃俊.淺埋暗挖重疊隧道施工引起的地層變形分析［J］.巖石力學與工程學報，2014，10(S1):3244－3250.

U457+2

C

1008－3383(2017)04－0165－02

2016－12－28

李榮華(1979－)，男，貴州貴陽人，工程師。