礦山法地鐵隧道拱頂坍塌原因分析及預(yù)防措施

焦寬

摘 要：礦山法隧道施工技術(shù)在地鐵暗挖隧道施工過程中應(yīng)用較為廣泛，但是該施工方法會對周圍土體產(chǎn)生較大的擾動，安全系數(shù)較低。文章以青島地鐵隧道礦山法施工導(dǎo)致路面坍塌為例，對礦山法地鐵隧道路面坍塌的原因進行了全面的分析和介紹，并提出了針對性的預(yù)防措施。

關(guān)鍵詞：地鐵隧道;拱頂坍塌;礦山法

文章編號：2095-4085（2020）04-0103-02

1 坍塌事故概況

本文涉及地鐵隧道工程屬于單洞單線馬蹄形隧道，該工程應(yīng)用的施工方法為礦山法。本區(qū)間共設(shè)5個施工豎井、一個斜井。該工程是臨海工程，項目和海邊最近的距離為17m，施工豎井內(nèi)凈空為5m×9m，橫通道凈寬6m，豎井最深和最淺的深度分別為43m、19m，采用錨噴支護結(jié)構(gòu)。本文涉及工程在實際建設(shè)的過程中出現(xiàn)了兩次坍塌問題：一次為豎井涌水涌沙;一次為掌子面塌陷。為避免這類事故再次發(fā)生，本文詳盡分析了坍塌的原因并針對性地提出了具體的預(yù)防措施。

2 坍塌事故引發(fā)的常見原因分析

2.1 工程地質(zhì)水文地質(zhì)條件的影響

（1）人工填土 受各種因素的影響，在填土施工的過程中填土層一般具有密度不均勻、滲透性差等特點，另外不同區(qū)域的填土層土質(zhì)不同，產(chǎn)生的變形程度也有所不同，總體來說土層穩(wěn)定性較差。且填土層的底部區(qū)域和地下水位的距離較近，土質(zhì)較松軟，很難和老質(zhì)土層相結(jié)合。應(yīng)用淺埋法開展地鐵項目施工時土層的最高端和頂部的距離較小使得隧道坍塌的幾率大大增加[1]。

（2）地下空洞 地下空洞主要有地下洞穴和洞室兩種形式，如果遇到雨水季節(jié)空洞會發(fā)生蓄水，對整個項目的安全造成威脅，因此，在施工過程中一旦發(fā)現(xiàn)地下空洞必須采取加固措施，保證后續(xù)的項目施工順利進行。

（3）地下水和地表水 地下水主要有三種形式：潛水、滯水和承壓水等，本文涉及項目屬于臨海項目，所以圍巖土層抗剪能力和穩(wěn)定性都較差，在水壓的作用下隧道會發(fā)生流沙和潛蝕，這兩種現(xiàn)象會嚴(yán)重破壞土層結(jié)構(gòu)，甚至導(dǎo)致隧道坍塌或者涌水涌砂，因此在施工時必須綜合考慮動水壓力和地下水對項目施工的影響，嚴(yán)格加以控制。

2.2 施工措施的影響

（1）為了追趕工期，很多施工單位在實際施工過程中施工操作不夠規(guī)范，比如柵拱架不合格，這種現(xiàn)象容易導(dǎo)致圍巖失穩(wěn)的問題。另外，隧道施工極有可能涉及到機械設(shè)備的振動，機械振動會對周圍的圍巖產(chǎn)生擾動繼而破壞原有的平衡結(jié)構(gòu)，最終導(dǎo)致隧道的坍塌。

（2）隧道開挖一定長度后需要進行初期支護，用以控制圍巖的松弛和變形。但是在淺埋段的開挖施工的過程中容易受各種因素的影響導(dǎo)致支護體系徹底失效，最終導(dǎo)致圍巖土體發(fā)生較大程度的變形，嚴(yán)重的就會出現(xiàn)隧道的坍塌。

（3）二次襯砌防水失效，當(dāng)圍巖基本穩(wěn)定后即可開展二次襯砌，旨在將圍巖和支護體系形成一個整體，提高支護體系的整體安全性。完成二次襯砌后結(jié)構(gòu)發(fā)生坍塌的可能性會有所降低，但是如果襯砌防水失效也會導(dǎo)致支護體系失穩(wěn)，甚至出現(xiàn)隧道坍塌的現(xiàn)象。

2.3 地面震動

一般來說，地鐵都處于現(xiàn)狀道路的下方，因為交通流量較大也會對路面產(chǎn)生一定幅度的振動，這種振動會對淺埋礦山法隧道施工產(chǎn)生較為不利的影響。

2.4 爆破施工不確定性

完成爆破施工后會有新的裂縫或者洞穴的產(chǎn)生，影響圍巖的穩(wěn)定性，嚴(yán)重情況下就會導(dǎo)致發(fā)生隧道坍塌現(xiàn)象。

3 路面坍塌處置及預(yù)防措施

3.1 前期準(zhǔn)備工作

（1）調(diào)查施工環(huán)境 在開展正式地鐵施工之前必須對周圍的建筑物、施工現(xiàn)場的水位情況以及地下管線情況進行調(diào)查，合理安排施工工序。

（2）對地鐵巖土工程進行勘測 在應(yīng)用礦山法進行隧道施工的過程中需要對圍巖的狀況、圍巖密實度、表層土的性質(zhì)以及具體的組成成分進行勘查，另外應(yīng)仔細調(diào)查和研究地表水對項目工程的施工影響。

（3）安全風(fēng)險評估 通過對地鐵項目周圍環(huán)境的勘查做好安全風(fēng)險評估，并根據(jù)不同的項目特點對安全風(fēng)險進行等級劃分，然后提出有效的處理和整改方法。

3.2 加固處理

（1）完成洞內(nèi)堆填封閉施工后，為了避免土塊持續(xù)的掉塊需要對坍塌脫空區(qū)域進行混凝土充填加固處理。

（2）當(dāng)脫空區(qū)域完成處理后就可以采取注漿加固措施對掌子面進行加固。為了縮短凝膠的時間和加快注漿速度，在進行加固處理時應(yīng)采用水泥水玻璃雙液漿作為注漿加固材料。

3.3 圍巖穩(wěn)定性處理

圍巖的穩(wěn)定性會直接決定隧道支護的質(zhì)量，必須正確評估圍巖的穩(wěn)定性，并且對圍巖穩(wěn)定性進行等級劃分，然后根據(jù)不同的等級制定預(yù)防措施，以避免隧道坍塌事故的發(fā)生，其穩(wěn)定性評價細分表見表1。針對不同的圍巖穩(wěn)定性采取針對性的施工方法，提高隧道支護質(zhì)量，較為常見的施工方法有超前預(yù)報、分部開挖、變形穩(wěn)定后襯砌等。另外針對偏壓段以及破碎圍巖一般需要應(yīng)用超前小導(dǎo)管對圍巖開展注漿加固，以保證加固效果。

3.4 加強地下水控制

（1）當(dāng)施工到臨近地下水區(qū)域時，設(shè)計單位必須考慮選擇效果較好的截排水措施。

（2）在正式施工前加強隧道沿線地下管線調(diào)查，一旦發(fā)現(xiàn)滲漏或破損的管線立即采取防護措施。

（3）在進行地下水控制時盡可能降低對周圍環(huán)境的影響，注意保護周圍地下水資源。

3.5 超前地質(zhì)預(yù)報

加強超前地質(zhì)預(yù)報，委派正規(guī)的單位對隧道進行地質(zhì)預(yù)報。分別在拱頂和拱腳部位設(shè)置探測測線，保證每一次的探測范圍為掌子面掘進方向≤25m，另外還需控制搭接里程以及拱頂上方必須>3m。

3.6 超前支護及開挖后支護

（1）作為施工單位必須根據(jù)超前地質(zhì)預(yù)報的結(jié)果開展掌子面的超前支護施工，提高施工過程中的安全性。針對巖層分布不均和巖層漸變的區(qū)域需對超前支護的效果進行綜合評價，保證加固效果達到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)后方可開展下道工序的施工。

（2）完成礦山法隧道開挖施工后根據(jù)不同強度等級的圍巖，采用更加合理的加固方法，以提高圍巖的穩(wěn)定性和避免隧道坍塌事故的發(fā)生。

（3）圍巖穩(wěn)定性處理。一般來說圍巖的穩(wěn)定性會直接決定隧道的支護效果，所以必須對圍巖的穩(wěn)定性進行正確的評估并且合理進行等級劃分，然后針對不同的等級制定預(yù)防措施，以避免坍塌事故的發(fā)生。

3.7 加強監(jiān)測

因地下工程施工較為復(fù)雜性，所以在施工時必須對施工過程進行實時監(jiān)測，掌握支護結(jié)構(gòu)及圍巖的實時狀態(tài)，以此為基礎(chǔ)制定最符合實際的施工方案，提高隧道周圍建筑物施工過程中的安全性。應(yīng)用礦山法施工需監(jiān)測以下內(nèi)容。（1）監(jiān)測初期支護結(jié)構(gòu)的拱頂沉降、凈空收斂。（2）監(jiān)測初期支護結(jié)構(gòu)底板豎向位移情況。（3）監(jiān)測隧道拱腳豎向位移情況。（4）對周邊的地表情況以及周邊建筑物的實際沉降情況進行監(jiān)測。（5）對周圍土體的分層豎向位移以及深層水平位移的實際情況進行監(jiān)測。（6）對施工區(qū)域的地下水位的變化情況進行監(jiān)測。

4 結(jié) 語

應(yīng)用地鐵礦山法開展隧道施工過程中，在正式施工前必須對周圍的水文地質(zhì)情況進行全面的勘查，分析隧道坍塌的原因并采取有效的預(yù)防措施。另外應(yīng)根據(jù)項目的實際情況選擇最合理的處理方法以提高圍巖的穩(wěn)定性，在保證隧道施工安全的基礎(chǔ)上提高隧道施工質(zhì)量。

參考文獻：

[1]李建設(shè).某城市地鐵暗挖隧道地表塌陷原因分析及處理技術(shù)[J].隧道建設(shè)，2010，（04）：446-450.