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(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，貴州貴陽(yáng)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(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，貴州貴陽(yáng)550000)

針對(duì)淺埋暗挖隧道工程施工中的上方地表塌陷問(wèn)題，結(jié)合某公路隧道工程實(shí)際情況，對(duì)產(chǎn)生塌陷的原因及控制方式進(jìn)行分析，旨在為確保隧道施工安全提供可靠依據(jù)。

淺埋暗挖隧道;地表塌陷;產(chǎn)生原因;控制方法

1 工程概況

某公路隧道位于市郊區(qū)，隧道進(jìn)口地形較緩，覆蓋層較薄，自穩(wěn)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(jí):高速公路;建筑限界凈寬為10.25 m;筑限界凈高為5.0 m;設(shè)計(jì)荷載:公路－I級(jí)。隧道預(yù)支護(hù)采用大管棚、小導(dǎo)管注漿、系統(tǒng)錨桿、鋼筋網(wǎng)、噴射混凝土、型鋼拱架作為初期支護(hù)，二次襯砌采用模筑混凝土。隧道開(kāi)挖采用環(huán)形開(kāi)挖預(yù)留核心土法施工，有利于及時(shí)施作拱部初期支護(hù)以加強(qiáng)開(kāi)挖工作面穩(wěn)定性，核心土以及下部開(kāi)挖在初期支護(hù)的保護(hù)下進(jìn)行，環(huán)形開(kāi)挖進(jìn)尺不宜太長(zhǎng)，一般環(huán)形開(kāi)挖進(jìn)尺為1.5～1.0 m左右，不宜過(guò)長(zhǎng)。隧道淺埋段開(kāi)挖主要經(jīng)過(guò)粘土層與風(fēng)化層，拱部上方的1.5 m，為風(fēng)化層，圍巖表現(xiàn)為上軟下硬狀態(tài)，圍巖透水性很強(qiáng)。隧道施工過(guò)程中，在開(kāi)挖到20 m時(shí)，出現(xiàn)了地表塌陷現(xiàn)象。

2 地表塌陷產(chǎn)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(nèi)，局部還夾有粗質(zhì)礫砂與細(xì)質(zhì)砂。該層的土層屬于欠固結(jié)土，靈敏度為中等水平，工程穩(wěn)定性相對(duì)較差。

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

(3)隧道洞身處在風(fēng)化基巖當(dāng)中，洞頂上的局部風(fēng)化巖在水的作用下穩(wěn)定性降低，砂層在滲流方向上容易產(chǎn)生運(yùn)移現(xiàn)象。

(4)工程內(nèi)地層的物理性質(zhì)檢測(cè)結(jié)果為:地層實(shí)際含水量偏大，砂石含量大，且大多表現(xiàn)為松散的形態(tài)。此外，地層中還分布大量細(xì)砂礫，地層整體表現(xiàn)為散粒體，施工中排水會(huì)對(duì)粉細(xì)砂礫造成嚴(yán)重沖刷，促進(jìn)地層發(fā)生變形，對(duì)工程施工造成影響。

(5)工程地層的微結(jié)構(gòu)掃描結(jié)構(gòu)顯示:粉砂顆粒的構(gòu)成不夠均勻，粒徑為0.05～0.5 mm不等，狀態(tài)松散，幾乎不存在膠結(jié)物，橫斷面上存在大空洞，在產(chǎn)生滲流現(xiàn)象后，細(xì)小的顆粒容易被水流帶走填補(bǔ)孔洞，使得地層產(chǎn)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(jié)構(gòu)有少數(shù)空隙。

2.2 施工條件

(1)施工過(guò)程中地質(zhì)的超前預(yù)報(bào)不夠深入，對(duì)有幾率產(chǎn)生的問(wèn)題未能給予足夠的認(rèn)識(shí)，塌陷事故產(chǎn)生在洞口淺埋段注漿加固區(qū)，如果在注漿加固區(qū)中預(yù)留充足的保護(hù)空間，并切實(shí)做好地質(zhì)預(yù)報(bào)，完全能有效防止塌陷產(chǎn)生。

(2)隧道內(nèi)注漿加固范圍較小，注漿孔的間距過(guò)大，使得漿液在擴(kuò)散以后無(wú)法形成連續(xù)的止水環(huán)，不能發(fā)揮止水作用;此外，隧道設(shè)計(jì)選用超前小導(dǎo)管注漿，但由于區(qū)域內(nèi)的地下水較為豐富，實(shí)際滲漏現(xiàn)象嚴(yán)重，小導(dǎo)管作用有限，導(dǎo)致施工面產(chǎn)生管涌。

(3)隧道洞身上方地面沉降監(jiān)測(cè)不到位，沒(méi)有對(duì)深層次的地層沉降進(jìn)行監(jiān)測(cè)，由于洞口上方地面同屬工程結(jié)構(gòu)，具備一定剛度與強(qiáng)度，如果地表以下的地層產(chǎn)生較大變形，必然會(huì)對(duì)地面穩(wěn)定性造成影響，所以單單對(duì)地面狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，導(dǎo)致在產(chǎn)生沉降后未能采取有效措施進(jìn)行處理，錯(cuò)過(guò)了最佳的塌陷事故防控時(shí)間。

3 塌陷控制方法及應(yīng)用

3.1 塌陷控制方法

(1)施工內(nèi)無(wú)足夠有效的支護(hù)是造成地表塌陷事故的主要原因之一，對(duì)此，在實(shí)際施工中需要盡可能加強(qiáng)無(wú)支護(hù)區(qū)域，同時(shí)對(duì)這一區(qū)域進(jìn)行相應(yīng)的加強(qiáng)預(yù)支護(hù)，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(diǎn)，且壓力拱自身穩(wěn)定性容易受到時(shí)間等因素的直接影響，所以在施工過(guò)程中如果產(chǎn)生小規(guī)模塌方，需要立即進(jìn)行處理，以此形成一個(gè)穩(wěn)定的下級(jí)壓力拱，防止產(chǎn)生更大規(guī)模的塌陷。

(31)從塌陷產(chǎn)生原因分析中可知，涌水流砂為形成塌陷的主要誘因。對(duì)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(jìn)行堵水，以免由于涌水流砂現(xiàn)象造成洞身塌方與地表塌陷。

(4)對(duì)于隧道中的軟弱層，需根據(jù)實(shí)際情況采用有效措施對(duì)地層實(shí)施加固處理，以此確保壓力拱自身穩(wěn)定性，促使下級(jí)壓力拱形成，確保隧道施工安全。

(5)由于壓力拱失穩(wěn)是因?yàn)楣澳_被破壞造成的，所以施工中必須重視拱腳變形監(jiān)控。若施工中遇到砂層，特別是在已經(jīng)產(chǎn)生塌方的隧道段，需要強(qiáng)化洞身兩側(cè)及前方的加固支撐，并對(duì)隧道的初期支護(hù)進(jìn)行補(bǔ)充注漿。

(6)隧道的地表塌陷現(xiàn)象通常具有突發(fā)性特點(diǎn)，在塌陷產(chǎn)生以前地表并沒(méi)有顯著的沉降，所以在容易產(chǎn)生塌陷的位置要進(jìn)行深層位移監(jiān)測(cè)，同時(shí)強(qiáng)化洞身中的監(jiān)測(cè)，以便準(zhǔn)確預(yù)報(bào)地層沉降，存在預(yù)兆后立即處理，以免造成大規(guī)模塌陷。

3.2 塌陷控制方法應(yīng)用

(1)采用超前鉆孔對(duì)掌子面前方地層狀況進(jìn)行明確，根據(jù)探測(cè)所得結(jié)果，采用垂直旋噴法對(duì)地層進(jìn)行加固，配合使用全斷面注漿。

(2)調(diào)整隧道施工的超前支護(hù)，使用4.5 m與2.0 m的注漿小導(dǎo)管，采取長(zhǎng)短結(jié)合法對(duì)地層實(shí)施超前加固。

(3)隧道初期支護(hù)的型鋼間距改成由50 cm變更為40 cm，以此縮短開(kāi)挖施工步距，減小無(wú)支護(hù)區(qū)域，同時(shí)還能進(jìn)一步縮減循環(huán)周期，大幅提升隧道初期支護(hù)強(qiáng)度與剛度。

(4)在鋼架的拱腳位置設(shè)置注漿小導(dǎo)管，小導(dǎo)管的長(zhǎng)度為3.5 m，在拱腰每側(cè)設(shè)置二根，設(shè)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(guò)程中切實(shí)強(qiáng)化洞身及地表沉降監(jiān)測(cè)，加密布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)與縮短兩次監(jiān)測(cè)的時(shí)間間隔，同時(shí)選擇合適的位置設(shè)立主要監(jiān)測(cè)斷面，在此斷面上實(shí)施地層分層沉降監(jiān)測(cè)、分層水平位移監(jiān)測(cè)等，從而整體反映地層實(shí)際情況。

3.3 應(yīng)用效果

通過(guò)對(duì)上述控制方法的應(yīng)用，地層經(jīng)旋噴加固后強(qiáng)度明顯提升，實(shí)際滲水量降低，采取長(zhǎng)短結(jié)合加固方式的隧道掌子面十分穩(wěn)定，拱腳加固效果良好，后期施工順利進(jìn)行，沒(méi)有產(chǎn)生沉降與地表塌陷事故，說(shuō)明此控制方法切實(shí)有效。

4 總結(jié)

(1)隧道施工面存在支護(hù)不足區(qū)域是引發(fā)地表塌陷主要原因，在實(shí)際施工中需要采取有效方法盡可能加強(qiáng)支護(hù)區(qū)域，同時(shí)做好預(yù)支護(hù)，限制上方地層位移，促使下級(jí)壓力拱形成，預(yù)防塌陷事故產(chǎn)生。

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

(3)現(xiàn)場(chǎng)施工人員必須深刻理解淺埋暗挖隧道的基本機(jī)理，嚴(yán)格貫徹執(zhí)行“超前支護(hù)、嚴(yán)格注漿、弱爆破、短進(jìn)尺、增強(qiáng)支護(hù)、緊封閉、勤量測(cè)”方針，進(jìn)而達(dá)到有效預(yù)防塌陷產(chǎn)生的根本目的。

［1］張成平，張頂立，王夢(mèng)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(xué)與工程學(xué)報(bào)，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(chuàng)新，2016，10(7):116－118.

［3］張成平，張頂立，王夢(mèng)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(xué)與工程學(xué)報(bào)，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(yáng)人，工程師。