浅埋暗挖隧道施工引起的地表塌陷分析及其控制

李世立

【摘 要】 本文以隧道施工地浅埋暗挖相对于地表建筑的影响问题为研究对象，研究了适应于该工程项目基本情况的分析方法，并提出了对地表塌陷的控制方法，为相关实际工作的实践开展提供了一定的参考和借鉴。

【关键词】 浅埋暗挖；隧道；地表影响；分析，控制方法

一、关于浅埋暗挖的介绍

随着人们环境保护意识的提高与地面交通运输量日益增大，城市地下施工中运用工程暗挖法逐渐取代了明挖法，其地下工程暗挖施工方法主要有盾构法和浅埋暗挖法等。

在城市中松散层及含水松散层地层中，或者不能采用明挖法施工的地方，地下洞室工程可采用浅埋暗挖法，其施工的原理是按照“新奥法原理进行的。其施工原则具有：勤量测、强支护、管超前、短开挖、严注浆、快封闭等特点。采用超前支护的各种手段意味着采用超前导管注浆防护，防止围岩松弛和坍塌，提高掌子面的稳定性；在导管超前支护后，立即进行压注砂浆或其他化学浆液水泥，填充于周围岩石的空隙中，形成一个具有一定强度的壳体于隧道周围形，便以增强围岩的自稳能力；多次开挖，一次注浆，要限制一次进尺的长度，以便于减少对围岩的松弛程度；在浅埋的松软地层中施工初期，支护应必须十分牢固，要具有比较大的刚度，防止开挖初期出现变形的情况；在台阶法施工中，如上台阶过长时变形增加较快，为及时控制围岩松弛，必须采用临时仰拱封闭，开挖一环，封闭一环，提高初期支护的承载能力；对隧道施工过程掌握施工动态，进行经常性的量测以及及时反馈，是浅埋暗挖法施工成败的关键。

二、隧道浅埋暗挖地表沉降研究分析

在城市地下工程中，由于埋置深度浅，施工引起的地层位移会从一定程度上导致地表产生沉降，其导致的围岩变形与地表沉降的问题，主要是由于施工过程中隧道围岩受扰动、施工引起的地层损失、受剪切破坏的岩土体的再固结所造成。 首先，隧道周围土体在弥补地层损失中发生地层移动，会引起地表沉降；再者在含水地层中进行隧道施工，可能引起孔隙水压力在周围土体内的变化，使地层发生排水固结引起地表沉降，而且地层的本身位移运动也可能引起这类问题的出现。因此无论采取何种施工方法，都或多或少地无法避免引起地表移动和变形。影响地表变形和沉降的因素很多，引起地表沉降和变形的大小不仅与地下工程的施工方法、支护方法和埋深、断面尺寸有关，而且受水文地层条件影响。对于隧道施工引起的地表沉降问题的研究起源于因煤矿等矿山开采所引起的地表塌陷问题现象。地下矿物被开采后会在采场上覆地层中形成一个沉降槽带，在对沉降槽的趋向形态的观察基础上，逐步对最大沉降量进行理论和实际的推断。

浅埋暗挖最大的特点是埋深浅，在施工时不可完全避免地对岩土体产生扰动从而引起上方的地层变形，引起地表塌陷大多都是地层变形达到一定程度时所产生的，这不仅影响到地面民房建筑结构安全，还甚至可能引起房屋坍塌，造成结构物及地面环境的严重破坏，危及隧道结构的自身安全，也威胁到人的生命安全。因此浅埋暗挖隧道在开挖、支护、注浆、衬砌、排水方面提出了更高的要求。在以往的浅埋暗挖施工中，由于对浅埋隧道的施工特点认识不够，没有采取有效的技術措施，导致地表塌陷的事故时有发生，不仅对地面及施工安全造成了一定的影响，而且造成了很大财产损失，产生了恶劣的社会影响。打括隧道进口段长848m，处于浅埋段且隧道影响范围内有多处民房，因此需要对浅埋暗挖隧道容易产生塌陷事故的原因进行深入分析研究，并根据分析结果妥善选择正确的施工组织和施工方法，有效地控制及预防地表塌陷事故的发生。

三、预防地表塌陷施工技术措旌

（一）地表水的截排

打括隧道浅埋段地表地势较低，为汇水面，且围岩破碎，地表水渗透严重。在施工前，把地面裂缝填夯。做成向外的排水坡，并开挖沟渠，将地表水排出影响隧道施工范围之外，防止地表水渗入，避免因渗水软化隧道围岩。

（二）超前支护

全隧浅埋暗挖段均采用双层超前小导管注浆后开挖，水泥浆液在隧道浅埋中小导管注浆下能发挥很好的作用，隧道内土体在高压力浆液的作用下，在土体压裂区中，经过多次挤压提高效率相互掺透，形成浆脉网络。浆脉填充和挤密脱水固结为硬塑状黏土，起着土体骨架作用从而改变土体对外力的反应机制，使土体的变形受到约束，使嗣岩的强度、稳定性、抗渗性均得到提高。

（三）用格栅钢架支撑、预留核心土捣槽开挖

隧道开挖时，可采用短台阶法开挖，超前支护完成后，用小型挖掘机沿上台阶开挖轮廓线预留核心土进行掏槽开挖，严格控制台阶高度，再用风镐或人工对欠挖部分进行开挖修整，修整完后立即进行喷砼封闭，严格注意初喷砼厚度标准。在已做好的掏槽内架设格栅钢架支撑，做好格栅间距，格栅间用角钢（槽钢）及螺栓连接成整体，将小导管尾部与格栅焊接成整体，在格栅钢架拱脚部位每处增设锁脚锚杆，最后复喷砼。

（四）下台阶开挖

开挖到一定位置后，可以进行下台阶开挖。开挖时采用了先拉中槽，两侧跳槽马口开挖的施工方法。中槽开挖时要保证两侧各预留一定空间的平台，以防掉拱。马口开挖后及时喷砼初期支护、架接格栅钢架，用梅花型布设系统锚杆，挂网喷砼支护，隧道穿民房段地层加固在穿越房屋的隧道地表，采用水泥与水玻璃双液浆注浆，有效使原来松散围岩胶结成一个整体从而改善隧道成拱稳定条件，减少地表沉降，确保地面房屋安全及隧道的顺利掘进。注浆时，先垂直钻井注浆孔，然后在钻孔内放入注浆管，注浆管下部设置成花管，通过注浆管向围岩注浆。如遇房屋等障碍物时，采用钻斜孔注浆。

（五）仰拱及衬砌施工

要及时进行仰拱及衬砌混凝土浇筑。仰拱及仰拱填充超前衬砌施工，仰拱施工地段运输通道采用栈桥通过，注意仰拱每次灌注量。一次性灌注完成时，要注意仰拱距开挖面范围。二次衬砌距开挖面范围不同，尽早使衬砌闭合成环.整体受力，确保支护结构的稳定性从确保施工安全。

（六）监控量测

及时做好监控量测。并迅速反馈信鼠。通过地表环境、围岩地层、掌握地质、施工监测，支护结构等变化情况，以信息反馈优化支护设计、指导施工及时采取有效措施处理存在的隐患，以保证施工安全。

浅埋暗挖城市隧道工程中，都会不可避免地导致地面沉降及地层位移，再加上周边建筑物及地下管道众多，往往对隧道施工有着严格的限制要求，因此，对地面沉降规律进行研究及预测显得十分重要。城市隧道埋深较浅，国内外虽然对其研究较多，但采用浅埋暗挖法开挖的相对较少，因此利用这种方法在隧道施工作业中，要严格遵守技术指标和要求来实施，从而有效防止地表塌陷，保证人民和施工人员的安全。

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