有复杂填充物的隧道塌陷事故处理措施及建议

阚绍德

摘 要：在城市中心区施工的隧道工程塌方时一般回填物复杂，有时甚至有房屋建筑、树木、生产生活用品等随着隧道拱顶上方土体塌陷至隧道塌陷区域范围，此类塌陷事故对隧道抢险施工及后续地陷区隧道施工均带来了很大困难，文章结合具体工程实例，分析了隧道塌方的原因、以及塌陷区有复杂回填物的塌方处理方法。

关键词：复杂回填物；隧道塌陷；事故原因；处理方案

1 工程概况

某地铁车站后设置折返线，折返线左线全长约401米，右线全长约97米，采用暗挖法施工。本段地陷区掌子面距离已建成地铁车站约112m。本段里程范围为双联拱隧道，其中各段中的小断面及中隔墙均已施工完成，当施工至里程ZDK14+681.339时发生地陷。隧道埋深距地面22m，洞高9.4m，洞身位于泥质粉砂岩，洞顶上岩层分布依次为：不均的易破碎的泥质粉砂岩层厚约6m，砂层厚约8m，淤泥、杂填土层约6m。地陷时地面有低矮砖混房屋、树木、家具、煤气罐等日用品和隧道拱顶以上土体一起塌陷至隧道地陷区域。

图1 隧道塌陷平面图 图2 隧道塌陷断面示意图

2 事故原因分析

一般塌陷事故的可能存在的主要原因如下：

（1）不良地质。隧道穿过断层及断层的破碎地段，或在薄层岩体的小曲褶、错动发育地段，岩石内部潜在的应力便会迅速释放导致围岩失稳引起塌方；隧道通过各种堆积体时，由于结构松散，颗粒间无胶结或者胶结差，开挖后多引起坍塌。

（2）地下水原因。地下水的作用是导致隧道塌的重要原因之一。由于地下水的软化、浸泡、冲蚀和溶解等作用，使得岩石的软化系数变大而导致岩石的硬度降低，使得结构面的抗剪强度减小，加剧了岩体的失稳而导致塌方；岩层软弱相间或有软弱夹层的岩体，在地下水的作用下，软弱面强度大大降低，容易产生塌方；隧道在通过溶洞时，很有可能遇到较大的暗河或水囊等，开挖时，地下水夹带着泥沙冲入隧道，导致岩体表面的压力迅速增大而导致地表下层和隧道塌方。

（3）周边环境因素。隧道施工地段的地层覆盖过薄；隧道施工地段有地表水源的作用，如江河、湖泊、水塘、水库等；隧道施工地段地面上有建筑物，此时建筑物下方地质情况无法准确勘探不能做到地质超前预报，增大了施工风险。

针对上述可能原因，对本工程进行了塌方原因分析如下：

（1）地质条件。地表以下地层依次为<1>杂填土层；<2-1B>淤泥质土层；<3-1>粉细砂层；<3-2>中粗砂层；<5-2>残积粉质粘土层；<6>全风化泥质粉砂层；<7>强风化泥质粉砂层；<8>中风化泥质粉砂岩层；<9>微风化泥质粉砂岩层。隧道近邻珠江，地下水较为丰富，各地质层呈不均匀分布。该施工地段地质条件非常复杂，隧道上方有强风化深槽，且深槽上方存在较厚的砂层，含水量较大，地质条件复杂。

（2）地下水情况。粉细砂<3-1>含水量丰富，透水性好，建议渗透系数K=2.0m/d，中粗砂<3-2>含水量丰富，透水性好。同时，由于场地离珠江较近，仅约250～300m，而且粉细砂<3-1>一直延伸至珠江，场地内地下水与珠江水有较密切的水力联系。地下水的作用是导致隧道塌方的重要原因之一。由于地下水的软化、浸泡、冲蚀和溶解等作用，使得岩石的软化系数变大而导致岩石的硬度降低，使得结构面的抗剪强度减小，加剧了岩体的失稳而导致塌方。

（3）地管线情况。地下存在不明的不同口径的陈旧管线，并不断大量涌水，涌水长期积压，导致土体饱和、压力增大。抢险过程中又新发现有Φ600mm水管1条、Φ200mm水管1条、直径较小的水管若干条，水顺着管路流入砂层及不均的易破碎的泥质粉砂岩层交界处，并长期冲刷易破碎的粉砂岩层，形成深槽汇集成一个饱和高压的大水库，由于隧道开挖轻微扰动不可避免，饱和水体的压力在最薄弱位置得到完全释放，致使长久积累的地下水从掌子面喷出，由于砂层已液化，形成类似泥石流方式的爆发性喷涌。

3 事故抢险应急方案

事故发生后，受地表层水管损坏和地下水、珠江水系的影响，陷坑的土体涌往已施工的隧道内，形成坍塌“漏斗”，土体与竖井形成良好的水力联系。一是为了切断区间与车站的水力通道，二是稳定已加固的地陷土体，保持加固效果，需对涌入隧道内的土体进行回填注浆处理，隔断地下水，以控制地陷区的沉降及已做隧道结构安全。

为减小塌陷区域，对周边环境及已施工完成地铁车站和区间隧道的影响，共设置四道防线对事故区域进行处理，第一道为地陷区灌注砼、填充砂石及注浆填充；第二道为竖井北侧洞内灌浆回填；第三道为竖井砂石回填；第四道为隧道与地铁车站洞门设置钢筋砼封堵墙及对墙体支顶加固。

地面回填及后续注浆，在地陷发生后首先在地面对塌陷的深坑进行回填素混凝土，以防止地陷区域扩大发展。采用钢花管对塌方区域及周边2米范围进行填充注浆加固，钢花管3m×3m间距梅花型布置，深度至回填砼面，回填区域采用1：1水泥浆注浆，若遇地下水较大或空洞较大，直接灌注双液（水泥：水玻璃=1：1）。竖井北侧隧道加固采用Φ200mm套管钻穿砂层，并进入岩层部小于1m后，采用Φ108mm钻杆钻至隧道内，探明地下是否有空洞，空洞较小采用注浆填充，空洞较大采用水泥浆液或低标号、塌落度大的砼填充。

对折返线隧道与已建车站连接处采用钢筋砼墙体进行临时封堵处理，同时在封堵墙体底部及顶部预留排水管设计阀门便于后期施工时排水及观察隧道内的水位情况。

4 后续开挖方案

考虑地陷区回填物成分复杂，主要有地陷时地面有低矮砖混房屋、树木、家具、煤气罐等生活日用品和隧道拱顶以上土体一起塌陷至隧道地陷区域，虽然地面在抢险过程中进行了地面回填砼和地面注浆进行了处理，考虑回填物的复杂程序，地面回填砼及注浆难以密实，对后期施工仍有较大的施工风险，经综合比选分析，拟采用暗挖法施工，同时对对地陷区进行加固处理，方案为在加固区域四周做0.8米厚地下连续墙止水围幕，围幕用地下连续墙采用构造配筋，墙分幅长5米，墙之间采用工字钢接头，连续墙成槽为减少对周边道路影响采用搅拌桩护壁。在地下连续墙止水帷幕施工完成后，在地下连续墙中间采用冷冻法加固隧道拱顶以上5米范围的地层，加固完成后再进行暗挖施工。

计算分析：结合地质条件，对加固当加固方式为冷冻法时，加固范围为隧道拱顶以上5米，拱顶以下加固区需范围需进入<8>或<9>号地层不小于0.5m。

图3 隧道塌陷区横断面图 图4 隧道塌陷区有限元计算断面

通过计算分析，采用冷冻法加固过后的拱顶以上最大位移是7mm，可满足后续设计及施工要求。

5 结束语

当采用暗挖法施工时，应加强地质超前预报，如发现围巖破碎、地下水丰富时，应超前预注浆加固后再进行暗挖隧道的开挖。出现塌方后，应准确分析原因采取相应的有效措施控制塌方。

（1）施工中尽量减少对围岩的扰动，尽量采用人工开挖，当不得不爆破开挖时，应采用光面、预裂、微振微差爆破等控制爆破技术，严格控制开挖循环进尺和台阶长度，当台阶较长、必要时应作临时仰拱封底。

（2）城市地铁隧道一般在城区范围施工，如发生塌陷塌陷区回填物复杂，后续施工方案的选择如采用暗挖方案应对地陷区回填物进行加物处理，除了在抢险过程中采用回填砼及注浆方案外，在后续施工时考虑回填材料复杂性，可考虑冷冻法施工，对地陷区地层加固后再进行后续施工。

参考文献

[1]刘卫红，谌跃飞.隧道塌方原因与处理技术—以通平高速公路姜源岭隧道为例[J].公路工程，2012（37）：1.

[2]关宝树.隧道工程施工要点集[M].人民交通出版社，2003.