曾 照

(中國地質大學工程學院，湖北 武漢 430074)

暗挖隧道施工引起的地表塌陷與有效控制研究

曾 照

(中國地質大學工程學院，湖北 武漢 430074)

通過分析淺埋暗挖隧道施工中引起地表塌陷的原因，從縮小無支護空間、地下水處理、軟弱松散地層加固等方面，闡述了淺埋暗挖隧道施工的注意事項，并提出了地表塌陷的控制措施，從而保證淺埋暗挖隧道施工的順利推進。

隧道，淺埋暗挖法，地表塌陷，注漿加固

0 引言

淺埋暗挖法是一種在近地表的地下進行洞室暗挖的施工方法，其在城市地下工程中的應用十分廣泛。鑒于淺埋暗挖隧道施工容易出現地表塌陷現象，本案引入如下案例，淺析如何控制這一類地表塌陷問題：某隧道采用的是雙線單洞重疊形式，其中斷面高13 m、寬6.8 m。表1為該工程的支護方案。

表1 支護方案

該工程的隧洞穿過中風化層、全風化層和粉質粘土層，其中1.5 m以上的拱部為砂層，圍巖的透水性強，地下水位的埋深為1.20 m～3.00 m及變幅為1.00 m～1.50 m。從開挖初期至挖深20 m期間，共發(fā)生2起地表塌陷事故。其中，第一次地表塌陷發(fā)生在SK1+419.7～SK1+429.7處，塌陷范圍長×寬×深=7.3 m×4.5 m×2.0 m；第二次地表塌陷發(fā)生在SK1+431.9～SK1+441.9處，塌陷范圍長×寬×深=8.0 m×7.5 m×2.1 m，主要呈

漏斗狀。結合這一案例，下文首先分析地表塌陷的成因，然后再進一步提出控制措施。

1 地表塌陷的成因

淺埋暗挖隧道施工引起的地表塌陷是一個尤其復雜的過程，主要涉及土體的失水固結、應力與變形的傳遞等。據此，筆者試圖從如下方面來分析該工程中的地表塌陷問題。

1.1 地層條件

圖1為該工程的地表塌陷示意圖。

根據地勘報告與土性試驗結果可知，發(fā)生地表塌陷事故的工段具有含水量大、地層松散及空洞分布等特點，其中上覆地層的砂層厚6.2 m～7.8 m及其上的流動狀淤泥質粉土厚2 m～4 m、其下的軟塑粉質粘土遇水易軟化，尤其是在SK1+419.7～SK1+500.0段，粘土層僅厚0 m～2 m。如此在隧道開挖中，便會有大量涌水進入工作面，這將使洞身圍巖失穩(wěn)，從而造成地表塌陷，其中動水壓力是重要誘因。在上述地層條件下，上覆地層在開挖高度不大于2.22 m時會形成穩(wěn)定性差的壓力拱，其易在突然誘因的影響下失穩(wěn)破壞，而在開挖高度大于2.22 m時，若不及時加固上一級受損的壓力拱，將會出現下一級壓力拱，其易在施工擾動下改變地下水滲流的方向，從而形成用水流砂。此時，上覆地層將處在臨空狀態(tài)下，從而引起地面塌陷。

1.2 施工情況

該工程的兩起地表塌陷均直接與現場施工情況有關，其中具體表現在以下方面：1)地質超前預報不到位，致使無法準確預測可能出現的情況；2)洞內深孔注漿的加固范圍偏窄，外加洞內注漿所設注漿孔的間距偏大，致使?jié){液無法在擴散后形成止水環(huán)，同時受限于地質條件，超前小導管注漿根本未起到預期的效果，這將在局部工作面引發(fā)管涌淘蝕現象，甚至發(fā)展為涌水流砂，此時在動水壓力的影響下，便會破壞壓力拱的結構及影響下級壓力拱的行程，從而引起地表塌陷；3)未監(jiān)測深部地層的沉降，以至于無法及時發(fā)現路面因此發(fā)生的相對穩(wěn)定或較小變形，這將不利于對地表塌陷事故的有效控制。

2 地表塌陷的控制

結合地表塌陷的成因，可通過預加固地層及及時支護隧道來防止地表塌陷事故的發(fā)生，其中應注意如下事項：1)在淺埋暗挖隧道施工中，盡可能縮小無支護空間，并將預支護結構引入其中，這是地表塌陷事故得以規(guī)避的前提；2)及時處理范圍較小的塌方事故，以促成和穩(wěn)定下一級壓力拱，這將可規(guī)避范圍較大的地表塌陷事故；3)妥善處理地下水，建議采用旋噴或注漿等方法來堵水，以免因涌水流砂而引起地表塌陷；4)有效加固軟弱松散的地層，尤其是含水砂層或分布有不良地質體的地層，更應通過加固處理來促成和穩(wěn)定其壓力拱；5)在整個施工中，應重點監(jiān)控拱腳的變形或破壞，因其是地層壓力拱結構失穩(wěn)的主要原因，其中若遇砂層或其處在塌方地段，建議注漿加固隧道兩側及前方地層，并及時對初期支護的背側進行補充注漿；6)密切監(jiān)測地表塌陷高發(fā)地段地層的深部位移，并進行洞內監(jiān)測，以保證地層沉降預報的及時性和準確性，注意及時處理先兆性的塌陷點。

綜上，在該隧道工程中，建議運用如下技術措施來控制淺埋暗挖施工引起的地表塌陷事故：1)根據掌子面前方地層的探測結果，決定采取地表垂直旋噴法來加固SK1+445～SK1+473段的地層，并采用全斷面注漿等技術措施來封堵SK1+473～SK1+600段臺階一處的地下水及加固該段地層。2)將隧道的超前支護換成2.0 m和4.5 m的φ42 mm注漿小導管，其中前者每榀皆打，后者每3榀～4榀打1次，并采用長短混用的方法來超前預加固地層。3)將初期支護格柵的間距改成500 mm，以減小工作面的無支護空間及縮小開挖步距，同時縮短每一循環(huán)的時長及增大初期支護的剛度與強度。4)將長3.5 m的φ42 mm鎖腳注漿錨管設在每一榀鋼架的拱腳處，其中在臺階一的每一層設2根及在臺階二、三的每一側設1根，同時通過注入水泥—水玻璃漿液來加固拱腳。5)在整個工程施工中，密切監(jiān)測地表和洞內，注意增多測點及縮短監(jiān)測的間隔時間，并將主監(jiān)測斷面設在SK1+487處，主要監(jiān)測此處地層的水位、分層沉降和水平位移，這可對隧道上覆地層的變形和移動進行全面反映。

應用結果顯示，通過旋噴加固SK1+445～SK1+473段的地層后，地層的強度有所提高，隧道拱頂的滲水量也得到了有效控制；通過在掌子面運用長短混用的注漿小導管進行預加固，掌子面的穩(wěn)定性有所改善；鎖腳注漿錨管的應用效果非常明顯，這都為后期隧道的順利開挖創(chuàng)造了有利條件。針對SK1+473～SK1+600段，雖然僅在臺階一處做了全斷面注漿，但隧道開挖仍很順利，究其原因在于超前小導管在堵水和注漿加固上起到了十分有效的作用。另外，結合圖1，在淺埋暗挖隧道施工中，正確運用施工原理和施工工藝可有效防止發(fā)生地表塌陷事故，建議每一位現場施工人員和技術人員都應具備較高的專業(yè)素養(yǎng)。

3 結語

在淺埋暗挖隧道施工中，應積極落實“預防為主、防治結合”的施工方針，以實現對地表塌陷事故的有效控制。其中，“預防為主”要求每一位現場施工人員和技術人員都應掌握專業(yè)的施工知識和具備良好的綜合素養(yǎng)；“防治結合”要求在綜合分析地表塌陷成因的基礎上，密切監(jiān)測地面、洞內、地層深部和地下水等，并進一步優(yōu)化施工方案，從而保證淺埋暗挖隧道施工的順利推進。

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Research on surface subsidence and effective control caused by excavation tunnel construction

Zeng Zhao

(EngineeringSchool,ChinaUniversityofGeosciences,Wuhan430074,China)

Through the analysis on surface collapse causes caused by shallow buried excavation tunnel construction, from the un-support space reduced, groundwater treatment, weak loose stratum reinforcement and other aspects, elaborated the matters needing attention in shallow buried excavation tunnel construction, and put forward the control measures of surface collapse, so as to ensure the smoothly construction of shallow buried excavation tunnel.

tunnel, shallow buried excavation method, surface collapse, grouting reinforcement

1009-6825(2017)02-0162-02

2016-11-02

曾 照(1992- )，男，在讀碩士

U457

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