淺埋暗挖隧道施工引起的地表塌陷分析及控制

李 曉 軍

(中鐵十二局集團(tuán)公司第三工程有限責(zé)任公司,山西 太原 030024)

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淺埋暗挖隧道施工引起的地表塌陷分析及控制

李 曉 軍

(中鐵十二局集團(tuán)公司第三工程有限責(zé)任公司,山西 太原 030024)

介紹了淺埋暗挖隧道施工造成地表塌陷的成因與過程，從截排地表水、超前支護(hù)、仰拱、襯砌、下臺階開挖等方面，闡述了控制隧道施工中地表塌陷的措施，確保了工程的安全性。

隧道，淺埋暗挖，地表塌陷，超前支護(hù)，下臺階開挖

在我國地下施工工程中，淺埋暗挖法是普遍的用法，由于其適用于含水量大且地質(zhì)松散的地表，并且依照新奧法的原理來施工，大大減少了地下施工的多種不便,所以此方法廣受歡迎，但是由于其施工過程中會降低地下巖石的堅硬性，有時甚至?xí)斐啥啻伍_挖的情況，更甚若處理不當(dāng)就會造成地表塌陷狀況，毀壞周圍建筑和危及周圍民眾的生命安全。本文對淺埋暗挖隧道施工所造成的地表沉降和塌陷的現(xiàn)象進(jìn)行全面的分析之后提出了相應(yīng)的減少事故發(fā)生的建議和有效措施。

1 淺埋暗挖隧道施工造成地表塌陷的成因及過程

1.1 地表塌陷的過程

地表沉降過程相對來說比較復(fù)雜，在實(shí)際施工的時候，剛挖開地層之后沒有任何支護(hù)，隨著地層厚度的變小，周圍巖石會失去平衡，此時如果地層厚度足夠，土體將停止繼續(xù)被破壞。但當(dāng)壓力拱遭到破壞時，地表就會塌陷。而且，壓力拱會隨著工程的進(jìn)行而不斷發(fā)生動態(tài)變化，破壞和形成不斷交替循環(huán)，后一級比前一級在跨度和高度兩個方面都要大，一旦壓力拱到達(dá)極限的時候，再加上動力壓水，土體就會加速破壞直至地表，這樣就會引起地面塌陷。

1.2 地表塌陷的成因

隧道的深淺、地層位移等導(dǎo)致地表沉降是一般地下淺埋暗挖隧道施工產(chǎn)生的原因，其中具體包含應(yīng)力和變形的傳遞，與此同時還伴隨有土體的失水固結(jié)。在隧道施工的過程中破壞了周圍巖石的穩(wěn)定性，破壞了地層結(jié)構(gòu)，使其失去了大量巖石土體，在其自行固結(jié)的過程中就會發(fā)生地砂礫表塌陷和沉降。另外，大多數(shù)工程土地下部都是淤泥質(zhì)粉土，有質(zhì)地不均勻的粉砂、中砂、礫砂，再加上這些砂礫有著非常好的滲透性，并且由于地下水埋藏的深度比較淺，因此流砂，管涌等問題在施工的時候很容易出現(xiàn)[1]，由此就產(chǎn)生了這些現(xiàn)象。而且,含水量極大的地表結(jié)構(gòu)加上大量沙土，本身就呈松散狀態(tài)，施工時一旦開始排水，水壓力就會迅速增加，夾帶著粉細(xì)砂粒沖刷周圍地表，造成周圍土地嚴(yán)重變形，然后經(jīng)過地層自身凝固后就會引起地表結(jié)構(gòu)沉降直至塌陷。地質(zhì)超前預(yù)報的工作在施工過程中經(jīng)常容易被忽視，即使做好了預(yù)報的工作，也很難保證預(yù)報的準(zhǔn)確性，所以很難對施工地點(diǎn)的地質(zhì)情況來做出準(zhǔn)確的判斷，如果深孔注漿固定式造成了凝固范圍不夠，那么在漿液擴(kuò)散之后就沒有辦法達(dá)到止水的效果，同時也不能有效加固地層，在這樣的情況下如果水壓力一旦增加,那么就會出現(xiàn)地表塌陷。在實(shí)際施工的過程中其實(shí)是無法避免地表的沉降、移動和變形的，但是卻可以有效的控制變形的大小。所以，采用科學(xué)的方法來開挖、支護(hù)、注漿、襯砌、排水，并隨時結(jié)合施工地實(shí)際的地質(zhì)變化狀況有效地控制地表塌陷事故。

2 淺埋暗挖隧道過程中造成地表塌陷的控制措施及其應(yīng)用

2.1 科學(xué)截排工程地表水

填充工程地表縫隙，做好排水坡和溝渠來盡量減少地表水的匯集是非常重要的，因?yàn)樵谝话銣\埋暗挖隧道的時候，施工的地勢低洼，因此地表本身就是一個天然的匯水集中地，而且再加上周圍巖石的破碎所以加速地表匯水，在施工期間大量水體匯集在地表。及時將地表水排放出去，有利于避免其滲入并軟化隧道巖石。同時，使用注漿或者旋噴的方法，有效對地下水進(jìn)行圍堵，這樣就能有效避免涌水和流砂等情況的發(fā)生。

2.2 進(jìn)行超前支護(hù)施工

在施工的時候采用地層加固措施對隧道進(jìn)行及時的支護(hù)非常重要，同時也是防治地表塌陷的核心。應(yīng)該要盡量增加支護(hù)的覆蓋范圍，對于一些重點(diǎn)地帶要做好針對性的支護(hù)工作，提前預(yù)防塌陷的發(fā)生。一般情況下，工程注入水泥漿的時候大都會使用雙層超前小導(dǎo)管，隧道內(nèi)的土體在水泥漿注入導(dǎo)管中的時候就會隨著高壓力漿液的擠壓作用與其土體壓裂區(qū)的縫隙不斷相互滲透融合，最后凝固成硬塑粘土[2]。

2.3 采取仰拱、襯砌的施工方法

為了有效確保開挖面和其支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，在進(jìn)行施工的時候可以通過采取仰拱和襯砌混凝土的施工方法來達(dá)到目的。在每次施工的時候都要嚴(yán)格控制并保持灌注量和仰拱與開挖面的安全距離，科學(xué)根據(jù)仰拱與開挖面的距離來盡早的閉合襯砌，使其呈環(huán)狀，這樣能夠有利于分散整體受到的重力，使受力更加均勻，從而達(dá)到整體結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定的效果。與此同時，其周圍巖石結(jié)構(gòu)也能夠保證更加穩(wěn)定，強(qiáng)度也會更高，更能夠抵抗水的滲透。施工的時候使用棧橋運(yùn)輸?shù)姆椒軌蛴行p少施工對地面產(chǎn)生的不利影響。

2.4 采用格柵鋼架支撐結(jié)構(gòu)和下臺階開挖施工方法

無論是核心土還是短臺階隧道的開挖方法，都要提前做好超前支護(hù)工作。對于任何一條隧道來說，在開挖到一定程度的時候就要采用下臺階開挖的方法，也就是先挖中槽，再挖兩側(cè)跳槽。在挖中槽的時候要為兩側(cè)預(yù)留空間，以保證壓力拱不受破壞；在挖兩側(cè)跳槽馬口的時候，要做好格柵鋼架和掛網(wǎng)噴混凝土雙重支護(hù)。做好科學(xué)的架設(shè)格柵鋼架支撐，然后再將格柵固定在導(dǎo)管上，以提高相應(yīng)的支撐性和穩(wěn)定性，與此同時還要在其拱腳部位增設(shè)一些鎖定設(shè)施，這都能夠有效提高穩(wěn)定度。另外為了減少注漿對巖石周圍的影響，可以使用垂直注漿的方法[3]?？傊褪潜M量減小對周圍巖石造成的壓力。

2.5 嚴(yán)格進(jìn)行測量監(jiān)控

施工過程中往往會忽視地質(zhì)超前預(yù)報工作，或者預(yù)報不準(zhǔn)確，這樣無法對地表結(jié)構(gòu)的狀況和變化進(jìn)行精準(zhǔn)的判斷，往往一開工就會造成地表的劇烈變化。不能準(zhǔn)確掌握地質(zhì)情況，就會導(dǎo)致深孔注漿的時候加固范圍不夠，出現(xiàn)死角，那么在漿液擴(kuò)散之后也就不能達(dá)到止水和加固地層的目的，所以在淺埋暗挖隧道施工過程中，要隨時對洞內(nèi)和地表進(jìn)行檢查觀測，時刻注意地表環(huán)境和周圍巖石狀況。減少檢測的時間間隔，增加檢測的次數(shù)，隨時掌握地層變形和支護(hù)結(jié)構(gòu)變化、地表地質(zhì)等信息的具體變化的詳細(xì)情況，對這些動態(tài)信息數(shù)據(jù)實(shí)時詳細(xì)的掌握，才可以根據(jù)其反饋的信息來加強(qiáng)支護(hù)結(jié)構(gòu)，可以及時發(fā)現(xiàn)施工過程中的安全隱患并立刻采取有效地處理措施，大大避免和減少了地表塌陷的發(fā)生。

3 結(jié)語

雖然地表沉降和地層移位等狀況在淺埋暗挖隧道過程中將會不可避免的發(fā)生，而且還受各種建筑物和地管道系統(tǒng)的影響，但是只要在施工的時候嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致，同時根據(jù)實(shí)際的地產(chǎn)地質(zhì)情況對于每一項(xiàng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和支護(hù)架設(shè)要求都進(jìn)行嚴(yán)格的規(guī)定，確保施工質(zhì)量，并不斷收集地表地質(zhì)信息，確保各項(xiàng)施工質(zhì)量和支護(hù)結(jié)構(gòu)達(dá)標(biāo)，就能確保施工過程中施工隊(duì)伍和周圍民眾的生命安全，有效地減少和預(yù)防地表塌陷狀況。當(dāng)隧道穿越群眾房屋地段時，要利用水泥、水玻璃液漿注液凝固周圍巖石，減少地表沉降，增加堅固性，確保地面房屋和隧道工程的安全性。

[1] 曾英軍.淺埋暗挖隧道施工引起的地表塌陷分析與控制[J].城市建設(shè)，2013(23):96-98.

[2] 張 興.淺埋暗挖隧道施工引起的地表塌陷分析與控制[J].商品與質(zhì)量·建筑與發(fā)展，2014(35):21-25.

[3] 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(6):77-79.

The surface subsidence analysis and control caused by shallow underground excavation tunnel construction

Li Xiaojun

(Third Engineering Limited Liability Company, China Railway 12th Bureau Group, Taiyuan 030024, China)

This paper introduced the causes and process of surface subsidence caused by shallow underground excavation tunnel construction, from the cutting surface water, extended support, inverted arch, lining, bottom step excavation and other aspects, elaborated the measures control of surface subsidence in tunnel construction, ensured the safety of engineering.

tunnel, shallow underground excavation, surface subsidence, extended support, bottom step excavation

1009-6825(2017)12-0176-02

2017-02-19

李曉軍(1973- ),男，助理工程師

U457.2

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