某城際鐵路飽和砂層及全風化巖段暗挖施工塌陷原因分析

肖學仁+劉佳

中鐵工程設計咨詢集團有限公司

【摘 要】在施工中，地面沉降事故占總事故的30%～40%，對隧道內(nèi)的直接表現(xiàn)是拱頂下沉或塌陷，這種塌陷產(chǎn)生的涌水、涌泥對施工現(xiàn)場的人員、設備安全構(gòu)成了極大威脅，同時也影響了工程的進度、增加了工程的費用。因此，對施工中發(fā)生塌陷的原因進行分析與總結(jié)十分必要，不僅能為塌陷處理提供依據(jù)

【關(guān)鍵詞】砂層；全風化巖；暗挖施工；塌陷原因

1 .概述

對于砂層地區(qū)，在受特殊環(huán)境限制的情況下，采用暗挖法施工時，由于地層的特殊性質(zhì)，淺埋暗挖施工技術(shù)更為復雜。砂層自穩(wěn)能力差，開挖極易引起地面沉陷過大，甚至塌陷，造成災難性后果[1]。在施工中，地面沉降事故占總事故的30%～40%，對隧道內(nèi)的直接表現(xiàn)是拱頂下沉或塌陷，這種塌陷產(chǎn)生的涌水、涌泥對施工現(xiàn)場的人員、設備安全構(gòu)成了極大威脅，同時也影響了工程的進度、增加了工程的費用[2][3]。因此，對施工中發(fā)生塌陷的原因進行分析與總結(jié)十分必要，不僅能為塌陷處理提供依據(jù)，同時能為類似工程施工積累經(jīng)驗。

2 .工程概況

隧道拱頂埋深約17.0～21.0m。本段隧道穿越道路，地下管線密集，種類繁多，交通繁忙，隧道局部范圍緊鄰建筑物。隧道平面位于直線段。該段隧道施工過程中曾發(fā)生多次塌方事故。

3.地質(zhì)概況

（1）巖土層巖性特征：本段區(qū)間隧道范圍內(nèi)上覆第四系全新統(tǒng)沖積層（Q4al），下伏基巖為（Pz1）混合片麻巖。第四系全新統(tǒng)沖積層（Q4al）主要有粉質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、粉砂、粗砂等。震旦系混合片麻巖（Pz1）主要為黃褐色、淺黃色、灰白色、青灰色，變晶結(jié)構(gòu)，片麻狀構(gòu)造，主要礦物成分為石英、長石、云母，按風化程度可分為全風化混合片麻巖、強風化混合片麻巖、弱風化混合片麻巖。

（2）水文地質(zhì)：場地內(nèi)地下水為孔隙水及基巖裂隙水?？紫端饕x存于第四系全新統(tǒng)沖積層、殘積層及全風化混合片麻巖中，主要受大氣降水及地表水側(cè)向補給，隨季節(jié)變化較大；基巖裂隙水主要賦存于強風化、弱風化混合片麻巖節(jié)理、裂隙中。主要補給來源為地表水的滲入補給。各巖土層的滲透系數(shù)：粉質(zhì)黏土，混砂，滲透系數(shù)k=0.005m/d；淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土地下水含量高，呈飽和狀態(tài)，具弱透水性，滲透系數(shù)k=0.001m/d；粉砂中地下水較豐富，透水性較好，為中等透水層，滲透系數(shù)k=1.0m/d；粗砂富含地下水，透水性隨粘粒含量增多而變小，具中等～強透水性，滲透系數(shù)k=20.0m/d；全風化混合片麻巖具中等透水性，滲透性從上向下逐漸增大，建議滲透系數(shù)k=1.0m/d；強風化混合片麻巖具中等透水性，建議取滲透系數(shù)k=5.0m/d；弱風化混合片麻巖具中等透水性，透水性隨節(jié)理裂隙發(fā)育程度改變，建議取滲透系數(shù)k=1.0m/d。

4.設計方案

本段隧道拱頂臨近或局部砂層侵入，采用隧道兩側(cè)設置帷幕+帷幕內(nèi)井點降水+洞內(nèi)水平旋噴樁+掌子面錨固樁及注漿措施，工法采用上、下臺階+臨時仰拱法。

止水帷幕：止水帷幕伸入隔水層，以阻斷帷幕內(nèi)外水力聯(lián)系，通過帷幕內(nèi)降水達到礦山法隧道無水施工的條件，降低帷幕內(nèi)井點降水對周邊環(huán)境的影響。止水帷幕采用地下連續(xù)墻。在隧道兩側(cè)及兩線之間各設置一道平行于隧道的縱向地下連續(xù)墻，縱向30m設置一道橫向地下連續(xù)墻，將地下連續(xù)墻劃分為網(wǎng)格，以保證降水效果，提高工效。為防止地下連續(xù)墻在穿越砂層中槽段坍塌，在地下連續(xù)墻內(nèi)外兩側(cè)設置水泥攪拌樁進行槽壁加固。施工時應注意地連墻接頭處的止水效果，并根據(jù)實際情況采取相應的措施。

降水、回灌：降水除需有效降低帷幕范圍內(nèi)的地下水位標高之外，還必須有效減小帷幕內(nèi)地層的含水量，增加地層的固結(jié)強度，保證隧道無水施工，提高隧道施工的安全性。根據(jù)止水帷幕外水位變化，在帷幕與建筑物間設置一排回灌井，帷幕內(nèi)井點降水的同時利用回灌井向土層內(nèi)回灌一定數(shù)量的水，形成一道水幕，從而減小降水以外區(qū)域的地下水流失，使其地下水位基本不變，達到保護周邊建構(gòu)筑物的目的。

水平旋噴樁：隧道拱部180°范圍設置單排水平旋噴樁。隧道上臺階設置錨固樁，錨固樁采用水平旋噴樁。

掌子面注漿：隧道掌子面上半斷面及開挖輪廓線外1m范圍內(nèi)采用水泥-水玻璃雙液漿超前預注漿加固。

5.塌陷原因分析

第一次塌陷發(fā)生于GDZK44+275處，下臺階左側(cè)邊墻掛網(wǎng)立架完成，進行噴射混凝土時，拱腳處出現(xiàn)突水突泥，封堵未能奏效，隨之發(fā)生塌陷。分析塌陷原因為：（1）根據(jù)抽芯結(jié)果結(jié)合連續(xù)墻成槽記錄及混凝土澆筑記錄判斷連續(xù)墻墻底位于隧道下臺階范圍，墻底土體仍為全風化地層，未達到設計圖紙要求。（2）隧道塌方段為全風化地層，隧道上方存在砂層，全風化混合體片麻巖，遇水容易軟化?？傮w地質(zhì)條件較差。（3）塌方前該地區(qū)普降大雨，地下水位上升，導致水土壓力增加。（4）塌方處處于連續(xù)墻丁字接頭處，連續(xù)墻成槽會對地層造成一定的擾動。隧道開挖時連續(xù)墻外土體產(chǎn)生管涌通道，水土體涌入隧道，導致地面塌陷。

第二次塌陷發(fā)生于GDZK44+402處，下臺階發(fā)生涌水涌泥，現(xiàn)場立即進行臨時封堵，但因瞬間涌水涌泥量過大，封堵未能達到預期效果，隨之出現(xiàn)塌陷。根據(jù)涌水位置及地下連續(xù)墻鉆孔取芯分析，塌陷原因為：（1）地下連續(xù)墻外側(cè)存在較大范圍軟土層，隧道拱頂存在砂層，且砂層含水量高，洞身位于全風化、強風化混合片麻巖中，全風化混合片麻巖遇水易軟化崩解，地質(zhì)情況極為復雜。（2）地下連續(xù)墻澆筑混凝土時因成槽塌孔等原因，易造成墻身夾泥，導致墻體完整性存在缺陷，從而形成涌水通道。（3）地下連續(xù)墻質(zhì)量檢測不嚴格，涌水位置地下連續(xù)墻未進行質(zhì)量檢測。（4）地下連續(xù)墻混凝土澆筑過程中混凝土用量控制不嚴，未對實際混凝土用量超出或少于設計用量進行分析，留下了安全隱患。（5）暴雨天氣較多，降雨量急劇增加導致地下水位升高，水壓力增大，加大了地下連續(xù)墻外側(cè)軟化土體涌入隧道的風險。

6.結(jié)論及建議

通過對該隧道兩次塌陷原因的分析總結(jié)，可得出該隧道飽和砂層及全風化巖段暗挖施工塌陷的主要原因為：

（1）復雜地質(zhì)條件是引起塌陷的客觀原因。

（2）施工質(zhì)量未達到設計要求是引起塌陷的主要原因。

（3）降雨導致地下水壓力增大是誘發(fā)塌陷事故的外部因素。

（4）建議在同類隧道施工中加強施工管理，對施工質(zhì)量進行檢測，確保施工質(zhì)量達到設計要求，并在地下水環(huán)境發(fā)生變化時，制定相應的防排水措施，加強安全監(jiān)控，從而避免塌陷事故的發(fā)生。

參考文獻：

[1]顧擁武.砂層中地鐵車站暗挖施工技術(shù)研究[C]. 城市地下空間開發(fā)與地下工程施工技術(shù)高層論壇論文集，2004.

[2]羅忠，陳明輝. 富水砂層中暗挖隧道施工沉降控制技術(shù)[J]. 現(xiàn)代隧道技術(shù)，2012（4）：125-131.

[3]方仁應. 淺埋暗挖隧道施工引起的地表塌陷分析及其控制[J]. 城市建設理論，2014（35）.

[4]譚佳. 地鐵淺埋暗挖施工技術(shù)分析[J]. 城市建設，2009（30）：394-395.

[5]曾英軍. 淺埋暗挖隧道施工引起的地表塌陷分析與控制[J]. 科技創(chuàng)新導報，2015（5）：72.