沈海高速公路路面塌陷成因及其經驗教訓

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 區間總體概況

區間線路起于XX 站后以1500m 半徑向北偏西偏轉，途經海翔大道、沈海高速、集美北大道、規劃緯一路后，線路又以反方向曲線向北偏東偏轉，曲線半徑350m，后至規劃軟件園地塊，進入XX 站，區間線間距12～15m，總長1085.293m(右線)/1092.501m(左線)，區間線路先以28‰的坡度下行至誠毅大街跨線橋前，后轉而上行以27.996‰(右線)/27.760‰(左線)的坡度進入XX 站，區間隧道最大埋深約26m，最小埋深約4m。區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 座泵站兼做聯絡通道。

1.2 沈海高速公路下部地質條件及周邊環境

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

圖1 區間線路下穿沈海高速公路地質剖面圖

圖2 區間線路下穿沈海高速公路平面示意圖

工程范圍內地表水發育，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。基巖裂隙水主要賦存于基巖強、中等風化帶中。區間范圍內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，洞內易形成積水。

1.3 設計情況

區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，縱×環：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：4×0.3m）+洞內大管棚（Φ89、L=90m、環向間距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。事故發生時，該區間左洞上、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。

2 事故發生概述

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，事故發生時未對后方行駛車輛造成二次事故。事故發生時現場圖片詳見圖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 監測布點與數據

3.1 監測布點

沈海高速公路下穿段根據監測方案進行布點監測，監測項目包括：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 區間監測點布置圖

3.2 監測數據

圖7 施工方拱頂沉降Y-GDC-28 測點累計值變化曲線圖

3.3 數據簡析

根據圖6 至圖8 各監測點累計變化曲線圖分析可以看出，事故發生之前曲線較平滑，未出現較大轉折點。事故發生后，DBC-53-1 至DBC-54-6 地表點出現明顯下沉趨勢，且同一監測斷面拱頂沉降及凈空收斂測點監測數據變化也較為明顯。24日洞內外注漿加固后，各監測點數據趨于平穩，現場巡查也未發現異常。

圖6 施工方地表沉降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

4 成因分析

其一，區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生不均勻沉降并引起路面開裂下沉

其二，事故發生段兩側地勢高而中間低，地下水位補給較為豐富，而區間隧道上方為<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大范圍滴滲現象，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生下沉現象，并最終反射至高速公路路面形成下沉現象。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電機組，項目部也未緊急調配，停工期間未繼續降水作業，也未及時向上級領導反饋，造成地下水位持續上漲。其四，監測數據無法為動態風險評估提供依據。施工方及第三方監測15日至23日未上傳洞內監測數據，15日至20日未上傳洞外監測數據。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，監測數據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，事故發生前左右線均已洞通，參建各方的風險意識產生了松懈，面對“莫蘭蒂”臺風的襲擊可能發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注漿方式對不密實地層進行加固（見圖9）。其四，區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定性；同時，加快下臺階開挖，仰拱及時閉合成環（見圖10）。其五，恢復并加密洞內初期支護拱頂沉降、初期支護凈空收斂及高速公路路面沉降監測點，施工方監測頻率改為1 次/3h，第三方監測頻率改為1 次/天，創建XX 區間監測信息微信群，發布動態監測信息，參建各方實時了解并掌握異常數據信息。其六，在地表注漿及洞內注漿完成且實時監測數據信息趨于穩定后，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 經驗教訓

其一，暗挖隧道應慎選貫通里程。本區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，發現問題主動及時上報，采取袖閥管注漿等方式消防事故隱患。其五，必須認識到數據上傳準確性、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，并協調兩家監測單位確保數據及時、準確并按規定上報。其六，需要進一步加大現場巡視力度，重點發現現場施工存在的重大隱患點，并及時進行揭露，協助避免。

7 結語

城市地下軌道交通工程屬于高風險的項目，本文從周邊環境、水文地質條件、安全生產監管職責落實等方面對事故原因進行剖析，并簡單介紹現場應急處置措施，最后概括總結了此次事故的經驗教訓。工程建設安全行業要主動擁抱數字化變革，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、大數據、物聯網、人工智能”等數字技術為支撐，重構工程建設安全領域多方“監、管、服”體系，循序漸進地推動行管方、建設方、建造方、服務方的轉型升級，促進工程建設安全行業行穩致遠。