城市隧道施工誘發(fā)的地面塌陷災(zāi)變機制及其控制

1、城市隧道施工誘發(fā)的地面塌陷災(zāi)變機制及其控制Inthispaper>thepresentsituationandharmofcollapseinurbantunnelconstructionareanalyzed,thenthemechanismofgroundcollapseisdeeplyexplored,andthecorrespondingimprovementmeasuresareputforward.Thepurposeofthispaperistoimprovethesafetyandorderofdomestictunnelconstructionactivitiesand

2、topromotethedevelopmentoftransportationconstruction.0引言我國地形復(fù)雜，道路交通建設(shè)中會遇到很多隧道施工作業(yè)。隧道施工活動是在山體下進(jìn)行的，因此隨時存在安全危險。同時，隧道施工作業(yè)進(jìn)行的過程中還會引起山體崩塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害。這種誘發(fā)性災(zāi)害事故不但會造成巨大的經(jīng)濟損失，對施匚人員與當(dāng)?shù)厝罕姷纳踩彩菢O大的威脅。為了確保隧道施工的安全性與有序性，必須認(rèn)真分析隧道施工中地面塌陷災(zāi)變的機制，掌握事故發(fā)生的規(guī)律，有針對性地提出控制措施，減少城市隧道施工過程中地面塌陷事故發(fā)生的幾率。1隧道施工誘發(fā)的地面塌陷災(zāi)變機制問題1.1隧道施工誘發(fā)的地面塌陷災(zāi)

3、變現(xiàn)狀從有關(guān)一些新聞報道與業(yè)界信息可以看到，隨著隧道施工項R的逐漸增多，隧道施工作業(yè)中出現(xiàn)了各種程度的地表塌陷問題和事故。在城市道路建設(shè)中有很多路段需要開挖隧道，多數(shù)隧道工程所處地地理環(huán)境復(fù)雜，水文地質(zhì)條件險惡，在施工過程中稍有不甚就會出現(xiàn)塌陷等災(zāi)害事故。例如首都北京地鐵網(wǎng)的建設(shè)引起的京廣橋地帶地面的塌陷事故，蘇州城市道路建設(shè)引起的局部街道塌陷問題等等接二連三的地面塌陷災(zāi)變事故都有相關(guān)的新聞報道。1由此可以看出城市交通建設(shè)事業(yè)的發(fā)展伴隨著很多危險事故的發(fā)生。1. 2隧道施工誘發(fā)的地面塌陷災(zāi)變危害城市交通建設(shè)中，因為隧道施工作業(yè)引起的地面塌陷事故對城市經(jīng)濟發(fā)展與城市居民的人身安全具有極大的威脅。

4、首先，隧道施工的過程中如果出現(xiàn)地而塌陷問題，不但影響工程整體進(jìn)度而且會造成城市交通擁堵，影響市民正常生活;其次，隧道施工引起的地面塌陷會優(yōu)化周圍建筑物的倒塌，帶來次生災(zāi)害危害將不可預(yù)估，勢必會造成一系列交通事故與人員傷亡事故的發(fā)生。2所以，城市隧道施工優(yōu)化的地面塌陷事故危險系數(shù)極高，為此我們必須要保持高度警惕。2城市隧道施工地而塌陷機制分析在城市隧道施工過程中出現(xiàn)的地面塌陷事故，雖然誘因復(fù)雜，但是也是有規(guī)律可循的。從有關(guān)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析中，地面塌陷事故的形成過程主要有以下幾種類型：由于施工活動引起上表底層穩(wěn)定性遭到破壞出現(xiàn)地面塌陷;由于隧道施工作業(yè)，原有的不良地質(zhì)層受到破壞，引起的地面塌陷問題;

5、由于施匚操作不當(dāng)引發(fā)管道滲漏問題惡化，進(jìn)而導(dǎo)致地面塌陷出現(xiàn)。前兩種屬于施工作業(yè)直接引起的事故，后兩種屬于施工活動中的次發(fā)事故3不管是哪一種方式都有一定的演變機制與規(guī)律可循。1.1 隧道施工直接導(dǎo)致的地面塌陷根據(jù)普氏理論的觀點，隧道施工活動所處地巖層為有一定固結(jié)力的松散巖體，在開挖過程中，如果沒有采取任何支護(hù)措施那么隧道巖體穩(wěn)定性將會發(fā)生由內(nèi)而外的破損。當(dāng)上覆巖層有一定的厚度的時候，隧道塌方到某個程度，巖體便會形成一個相對平衡的壓力拱4,圉巖結(jié)構(gòu)的破損會有一個暫停將不再繼續(xù)發(fā)生破損。普氏理論的適用性也有一定的限制。當(dāng)?shù)叵露词业纳疃炔淮蟮臅r候，通常不會初選壓力拱形式，理論的適用標(biāo)準(zhǔn)為：公式中：h代

6、表隧道拱頂上巖體的厚度值;h*代表著理論中壓力拱的高程舊是有效高度值，通常情況下范圍2-2.5Z間。根據(jù)普氏壓力拱的有關(guān)理論依據(jù)，能夠更好地對隧道施工作業(yè)中誘發(fā)地面塌陷事故的機制進(jìn)行探究。在隧道施工中，尤其是在大斷面隧道開挖的施工活動中，施工作業(yè)要分成好幾段來進(jìn)行，這也是一個小斷而演變到大斷而的過程。在沒有任何支護(hù)措施的情況下，小斷面的開挖，巖體壓力拱的高度與表層巖體的厚度Z間的關(guān)系要符合上述公式的標(biāo)準(zhǔn)。所以，隧道圍巖中能夠產(chǎn)生相對比較穩(wěn)固平衡的壓力拱，如圖1(Rs(C)所示的內(nèi)容，在隧道施工中出現(xiàn)了小斷面到大斷面的變化。圖Th*是穩(wěn)固型壓力拱1的高度;而2h*是穩(wěn)固型壓力拱2的高度;h是臨界

7、型壓力拱的高度。在隧道作業(yè)持續(xù)前進(jìn)的同時，巖體斷面也在不斷擴大，同時巖體形成的壓力拱的高度也在逐漸升高，由此可以總結(jié)出：巖體出現(xiàn)的壓力拱的高度與隧道開挖的進(jìn)程保持同樣的趨勢。整個過程處于一種一破壞一形成的循環(huán)的動態(tài)關(guān)系中，同時后一級壓力拱的高度和跨度要都要超過前一個拱。在這里假設(shè)隧道上覆巖體的厚度和受力參數(shù)值不會隨施工進(jìn)程發(fā)生改變，從上述公式中可以看出，隧道圍巖巖體中將會出現(xiàn)一個臨界型的平衡壓力拱。這個壓力拱發(fā)生破損之后，就不會有另一個壓力拱的出現(xiàn)。如果不在第一時間采取支護(hù)或者加固措施，那么圍巖頂層就會出現(xiàn)松散、冒落失穩(wěn)的問題，最終誘發(fā)嚴(yán)重的地面塌陷問題。隨著隧道塌方的出現(xiàn)，隧道斷面也處在一個

8、由大到小不斷擴張的過程中.這些都是普氏理論所表現(xiàn)的。2. 2不良地質(zhì)對隧道施工作業(yè)的影響隧道施工作用中遇到的不良地質(zhì)環(huán)境是指底層中出現(xiàn)的空洞。為了避開這類不良地質(zhì)條件，項R工程在設(shè)計Z初就應(yīng)該做好全面勘察工作。在具體的施工活動中，要對隧道作業(yè)會給空洞帶來的破損等級進(jìn)行評估，并根據(jù)評估結(jié)果確定有效的防止塌陷問題出現(xiàn)的技術(shù)措施。根據(jù)實際情況，因為隧道中的空洞出現(xiàn)的地面塌陷事故，其本質(zhì)是在空洞受損后，隧道巖各個巖體Z間的力學(xué)平衡被打破了。通常情況下空涓受到的破損主要是由隧道施工作業(yè)不當(dāng)引起的。例如，隧道開挖作業(yè)中，儀器設(shè)備的運行會產(chǎn)生震動，周圍巖體容易受到劇烈震動的影響，空洞上方的巖體結(jié)構(gòu)就會發(fā)生松

9、散、脫落，巖體的序度就會越來越小。隨著巖體的變薄，圉巖壓力拱就喪失負(fù)載力，影響了空洞結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，地面塌陷事故由此而發(fā)。圖2是某市地鐵隧道施工作業(yè)中遇到的巖層空洞圖，假設(shè)當(dāng)時沒有執(zhí)行隧道開挖施工，該底層空涓就不會受到施工活動的干擾而發(fā)生災(zāi)變，而是會一直處于穩(wěn)定的底層Z中。但是相鄰隧道的開挖，肯定會對該底層空洞產(chǎn)生作用力，所以原有的地層結(jié)構(gòu)中不穩(wěn)定的巖體就會發(fā)生松散、脫落，并導(dǎo)致鄰近空洞巖體出現(xiàn)同樣的問題，甚至引發(fā)空洞斷面不斷擴大，最終兩只空洞被迫打通.按照上文中普氏壓力拱理論的內(nèi)容，在空洞斷面達(dá)到某一臨界點的時候，空洞上覆巖層的拱結(jié)構(gòu)會受到破損而無法形成新的平衡拱，地面塌陷災(zāi)變事故由此發(fā)生。2

10、. 3管道滲漏引起的地面塌陷事故道設(shè)計不合理，滲漏嚴(yán)重的問題。從已經(jīng)發(fā)生的眾多道路施工項0的塌陷案例中可以看到，管道滲漏很容易引起那些已被擾動的圍巖結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)流砂物質(zhì)，而且會在管道周圍結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生水囊或空洞結(jié)構(gòu)。在隧道附近的管道施工作業(yè)中，施工作業(yè)產(chǎn)生的受力會使得管道滲漏問題更加嚴(yán)重，還有可能會引起管道的徹底斷裂和嚴(yán)重破損，產(chǎn)生的地下涌水夾帶地層顆粒會掏空巖層，從而優(yōu)化底層結(jié)構(gòu)的破壞，造成大面積塌陷事故的發(fā)生。3城市隧道施工地面塌陷控制從上文論述可以看到，在城市隧道施工作業(yè)中，引起地面塌陷事故的因素十分復(fù)雜。但是任何一個復(fù)朵的現(xiàn)象都是有規(guī)律可循的，從它的形成規(guī)律中我們可以總結(jié)分析出具體的應(yīng)對策略

11、。對隧道施工作業(yè)中的地面塌陷災(zāi)變的預(yù)防是一個具有系統(tǒng)性的工程。從相關(guān)的統(tǒng)計報道可以看到，引發(fā)地面塌陷事故的主要原因是不良地質(zhì)環(huán)境和地下管道滲漏，在這里論文將以A市地鐵工程為研究對象，對該工程中地面塌陷控制措施進(jìn)行探究。3. 1不良地質(zhì)體應(yīng)對措施在城市隧道施工作業(yè)中遇到不良地質(zhì)環(huán)境要采取綜合性控制措施，主要有以下兩個技術(shù)方法：第一，加強施工前期的地質(zhì)情況勘測力度;第二，明確不良地質(zhì)環(huán)境的特點，有針對性地選擇加固、改善措施。以A市地鐵工程的開展為例，施工單位首先進(jìn)行了不良地質(zhì)體的檢測，在此Z后對工程項目所經(jīng)Z地巖土松散、含水量過大和土層中的空洞區(qū)進(jìn)行特殊加固：在巖層比較松散的的路段，底層屬于回填及

12、朵填層的為多數(shù),由于具有埋深淺顯的特點。所以在打孔埋設(shè)注漿管的時候可以使用注漿加固的技術(shù)手段。含水量較大的路段，水量主要來源于上層積水以及地下管道的滲漏。而且，含水量較大的路段大多是滲漏管道居多數(shù)的區(qū)域。在隧道開挖Z時要對區(qū)域內(nèi)水源的補給進(jìn)行準(zhǔn)確的定位，判斷周圍管道對工程施工的限制。如果在施工作業(yè)中遇到雨、污水排泄管道出現(xiàn)泄露的問題，應(yīng)在第一時間內(nèi)對管道進(jìn)行清理和防滲泄控制：如果是自來水管線，就應(yīng)該立即采取措施將破損的地方修補好。完成管道修補防泄工作Z后，還要向下打孔，一直達(dá)到砂層巖體，鋪好注漿管道把蓄積的水量引導(dǎo)該層，排干淺層積水。5經(jīng)過排水處理Z后的巖層，地質(zhì)仍然濕軟，所以必須要進(jìn)行穩(wěn)固性

13、處理。地層空洞的產(chǎn)生，主要過程是地下巖層結(jié)構(gòu)回填不結(jié)實、地下管道滲漏過于嚴(yán)重，相鄰巖體被過度沖刷而形成。對存在空洞的巖層，可以通過水泥注漿的方式完成填充并起到加固穩(wěn)定的作用。為避免空洞巖層相鄰圍巖的漿液量過度擴散，對空洞區(qū)域外邊緣部分注漿導(dǎo)管內(nèi)壓注水泥-水玻璃雙液漿，以達(dá)到控制注漿量與注漿時間的作用。63. 2地下管道安全控制措施3. 2.1對隧道施工場區(qū)的管道分布狀況進(jìn)行全面把握為了更好地控制地下管道的安全性，首先要在隧道施工Z前對整個廠區(qū)的管道鋪設(shè)與使用狀況進(jìn)行全面的分析。因為地下管道所屈單位機構(gòu)以及鋪設(shè)錯綜復(fù)雜，所以經(jīng)常會有一些管道被長期忽略不管，所以施工單位無法對其運行狀況有全面的了解

14、。面對這一難題，在條件允許的情況下要對施工場區(qū)地下管線進(jìn)行探查。主要有以下幾個措施：明顯管線點實地調(diào)查、隱藏管線點物探查和開挖調(diào)查,具體使用哪一種方法根據(jù)隧道開發(fā)工程的需求來定。3. 2.2采取合理的管線修護(hù)及加固措施根據(jù)管線探查的情況，綜合分析施工地區(qū)水文地質(zhì)環(huán)境、施工技術(shù)手段，管道的綜合性能、使用壽命、材料規(guī)格、連接模式等因素，以地下管道受力和變形程度為底線，對地卞管道的受力能力進(jìn)行評估，然后進(jìn)行管道變形受損控制方案的編訂，以保證隧道施工作業(yè)的全程中，地下管道的正常運行不會受到任何影響。對于存在嚴(yán)重的泄露或者積水的管道線路，必須要在第一時間采取措施。對于沒有達(dá)到安全標(biāo)準(zhǔn)的管線，在施工中要做

15、好支護(hù)加固工作，增強管道抗變形，抗破損的性能。對于會給隧道施工帶來危險的管道，在施工作業(yè)開始Z前通過注漿的技術(shù)手段進(jìn)行加固（見圖3）03.2.3采取綜合性管道線路監(jiān)控法對地卞管道線路的監(jiān)控主要有兩種方法。第一種是直接測點，則是通過安裝一些儀器設(shè)備對管線的沉降幅度進(jìn)行測量，儀器設(shè)備的安裝必須要將管道上覆蓋的圖層挖開，所以操作起來比較麻煩，而且會引發(fā)安全事故。通常情況下，對一些特別關(guān)鍵的管道進(jìn)行動態(tài)監(jiān)控的時候才會采取這種方式。一般僅在特別重要的管線監(jiān)測時采用。所以，一般情況下，直接檢測點的設(shè)置實際上可實施性并不大。為了將地下管道沉降狀況真實地反應(yīng)出來，只能選擇綜合性的管線監(jiān)測（如技術(shù)圖4）。該種方法首先要確定待監(jiān)管的管道線路，在同一點位上同時布設(shè)直接監(jiān)測點和間接監(jiān)測點（地表沉降點），結(jié)合相關(guān)理論與實際檢