淺埋暗挖隧道施工引起的地表塌陷分析及其控制

1、淺埋暗挖隧道施工引起的地表塌陷分析及其控制代征（中鐵十六局路橋工程有限公司，北京，101500）【摘 要】木文以淺埋暗挖隧道施工引起的地表塌陷分析及其控制為題展開 論述。在具體論述過程中，以六家港隧道工程為例。首先分析了在隧道開挖過程 中，引起地表塌陷的原因，包扌舌地層圍巖條件、施工情況等。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合 相關(guān)的施工經(jīng)驗(yàn)，提擊控制地表塌陷的辦法與措施。希望可以有效預(yù)防地表塌陷 事故的發(fā)牛，減小在經(jīng)濟(jì)、人員傷亡方面的損失。最終保證隧道施工的安全性、 穩(wěn)定性?！娟P(guān)鍵詞】隧道施工；淺埋暗挖；地表塌陷改革開放以后，我國隧道工程的建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大。特別是在科技力量的帶 動(dòng)下，新的材料、技術(shù)逐漸被應(yīng)用到

2、隧道施工中，從而提高了工程的質(zhì)量。然而， 由于隧道工程木身的復(fù)雜性，在淺埋暗挖施工中，由于圍巖變形，經(jīng)常導(dǎo)致地表 塌陷。該事故不僅使地面環(huán)境造成了嚴(yán)重破壞，而且影響了隧道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。 情況嚴(yán)重的話，還會造成人員的重大傷亡，并給施工單位造成經(jīng)濟(jì)上的巨大損失。 鑒于此，對淺埋暗挖隧道施工引起的地表塌陷分析及其控制進(jìn)行探討非常有必要。一、工程實(shí)例1、工程概況該工程屬于滬昆客專長昆湖南段高鐵隧道六佳港隧道，位于湖南省婁底市。 隧道上方有鄉(xiāng)村道路，在隧道進(jìn)口端右側(cè)距隧道中線約50米有大型水塘一個(gè)， 與隧道平行走向，但塘底標(biāo)高與洞頂標(biāo)高基本一致；隧道出口端緊鄰漣水河，所 以該隧道地下水及地表水較發(fā)育。隧

3、道設(shè)計(jì)高12.5m,斷面寬為14.8mo在初期 支護(hù)階段，采用鋼架、網(wǎng)噴混凝土加固圍巖。部分特殊結(jié)構(gòu)，使用注漿、大管棚 加固手段。隧道的地質(zhì)層包括黏土層、強(qiáng)風(fēng)化層、中風(fēng)化層，覆蓋層最薄的地方 厚度僅有23米。在拱部1.5m以上的地方，部分屬于砂礫層。由于透水性比較 強(qiáng)，在初期開挖的過程中，發(fā)生了兩次塌陷事故。2、塌陷情況首先，在隧道洞口施工中，采用地表注漿、錨桿框架梁及管棚超前支護(hù)的辦 法，對圍巖進(jìn)行加固。然后，進(jìn)入隧道臺階開挖環(huán)節(jié)。其次，從工程的實(shí)際情況 出發(fā)，利用小導(dǎo)管進(jìn)行超前加固、超前注漿。小導(dǎo)管的規(guī)格為：長4.5嘰 直徑2 42mm,在縱向、環(huán)向上的間距分別是3.0m、0.3mo當(dāng)開挖

4、到149.5m 口寸，發(fā)生 掉塊、涌水現(xiàn)象，引起圍巖變形，最后導(dǎo)致地表塌陷。塌陷的長度、寬度、深度 分別是7.5m、4.6m、2.1m。為了減小工程損失，保證工程的順利開展，必須認(rèn) 真分析原因，并采取有效解決對策。二、地表塌陷的原因1、地層條件分析根據(jù)工程實(shí)際的勘察情況可以看岀，六佳港隧道地表塌陷的主要原因是：該 區(qū)內(nèi)地層松散，透水性強(qiáng)。隧道砂礫層厚度為5.5-6.8mo砂礫層上面為流動(dòng)淤泥 質(zhì)粉土，厚度為2到4m,地層很不穩(wěn)定。砂礫層以下為軟塑粉質(zhì)黏土，該層遇 到水后，極易被軟化。尤其是在dk112+420.3dk112+520段，黏土層的厚度僅 為02rm在此處施工經(jīng)常造成作業(yè)面涌水，并對

5、巖層造成軟化，從而減小了結(jié) 構(gòu)的穩(wěn)定性。在這種情況下，就會造成工作面失穩(wěn)。另外，在該地質(zhì)條件下，隨 著下導(dǎo)的施工，開挖高度的增加，很容易對壓力拱造成破壞。如果沒有及口寸釆取 措施，就會難以形成下一級壓力拱。加之施工時(shí)，正逢本地區(qū)雨季，這樣，一旦 出現(xiàn)地表水滲流狀況，就會形成涌水掉塊，造成鋼架拱腳失穩(wěn)，導(dǎo)致地表塌陷。 下面為該工程地質(zhì)縱斷面及地表塌陷位置圖。如圖1所示：圖地質(zhì)縱斷面及地表塌陷位置示意圖 （里程/m）2、施工情況第一，在施工中對地質(zhì)超前預(yù)報(bào)不重視，沒有及時(shí)預(yù)測出地表塌陷的情況。 第二，洞內(nèi)超前小導(dǎo)管注漿范圍小，在黏土層擴(kuò)散效果不好。第三，該工程地下 水及地表水豐富，加之雨季，隨著水

6、壓的上升，加大了水流滲漏的程度。在這種 情況下，采用超前小導(dǎo)管注漿不僅不能起到加固的作用，反而形成了涌水、涌沙， 從而對壓力拱造成破壞。第四，未能嚴(yán)格按照隧道圍巖監(jiān)控量測要求，對洞頂?shù)?表進(jìn)行監(jiān)測，監(jiān)測頻率不夠。第五，二次襯砌未能及吋跟進(jìn)，未能封閉成環(huán)，安 全步距超標(biāo)。以上施工方面的原因，從而延誤了補(bǔ)救的時(shí)機(jī)，導(dǎo)致地表塌陷。三、預(yù)防地表塌陷的控制措施及應(yīng)用1、地表塌陷控制措施本文結(jié)合相關(guān)施工經(jīng)驗(yàn),針對地表塌陷的原因，提出控制的具體措施。第一， 在隧道施工時(shí)，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)施工，做好超前支護(hù)工作，從源頭上預(yù)防地表塌陷。 第二，該工程所在地土質(zhì)松軟，緊鄰池塘河流，地下水地表水發(fā)育，極易引起浸 水，并

7、形成涌水、掉塊。鑒于此，一旦發(fā)現(xiàn)小范圍塌方，應(yīng)該及吋采取措施處理， 增強(qiáng)壓力拱的穩(wěn)定性，防止塌陷范圍擴(kuò)大。第三，涌水是引起塌方的重要原因。 因此，在施工的過程中，要求嚴(yán)格處理地下水地表水，可以采用注漿帷幕、旋噴 的方式堵水，有效預(yù)防地表塌陷。第四，采用逐層、及吋加固的方式，提高圍巖 的穩(wěn)定性，從而順利形成新的壓力拱，確保施工安全。第五，拱腳變形后，就會 影響壓力拱結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。鑒于此，在隧道施工中必須加強(qiáng)對拱腳的重點(diǎn)控制。 第六，二次襯砌必須及吋跟上，滿足安全步距的要求。最后，提高對監(jiān)測預(yù)報(bào)的 重視性，根據(jù)塌陷征兆，及時(shí)采取措施，避免發(fā)生地表塌陷。2、地表塌陷控制措施的應(yīng)用首先，在塌陷地段，采

8、用全面注漿帷幕技術(shù)，封堵地表水、地下水，從而加 固圍巖結(jié)構(gòu)，并在注漿完成后，組織進(jìn)行地質(zhì)雷達(dá)掃描。其次，將小導(dǎo)管的支護(hù) 參數(shù)縱環(huán)向調(diào)整為2m與0.2m,加強(qiáng)超前支護(hù)的作用。再次，將原設(shè)計(jì)的122a 支護(hù)鋼架調(diào)整為125a鋼架，加大支護(hù)力度，增加支護(hù)的穩(wěn)定性；同時(shí)，在鋼架 拱腳的地方設(shè)置c42的錨管，以此來加固拱腳。另外，后期二次襯砌主筋025 間距由20cm調(diào)整為15cm,分布筋由14調(diào)整為c16,間距不變，并口在穩(wěn)定 之后立即組織襯砌施工，可以跳打一板，及時(shí)封閉。最后，在施工的過程中，提 高對地表監(jiān)測的重視度，做好預(yù)報(bào)工作，保證隧道工程的順利開展，避免因?yàn)榈?表塌陷造成的經(jīng)濟(jì)損失以及人員傷亡

9、。只有這樣，才能全面做好地表塌陷的預(yù)防 工作。結(jié)束語在隧道開挖施工中，由于地層圍巖的變形、移動(dòng)，經(jīng)常無法再形成新的臨界 壓力拱。同吋，如果沒有及吋采取支護(hù)措施，就會造成地表的塌陷。針對小范圍 的塌陷，可以采用臨時(shí)支護(hù)技術(shù)來加固拱腳，提高壓力拱的穩(wěn)定性。這樣做可以 防止塌陷范圍的進(jìn)一步擴(kuò)大。研究發(fā)現(xiàn)，涌水流沙是引起地表塌陷的重要因素, 因此在隧道施工的過程中，特別要重視水的處理。除此之外，加強(qiáng)洞內(nèi)監(jiān)測，根 據(jù)塌方前兆信息，做岀及時(shí)的處理。最后，要求現(xiàn)場人員提高自己在施工中的專 業(yè)性，避免岀現(xiàn)塌方事故。參考文獻(xiàn)：蘇小敏，蘭天仕.打括隧道淺埋暗挖及穿越民房段預(yù)防地表塌陷施工技術(shù) j企業(yè)科技與發(fā)展,2