浅埋暗挖隧道施工引起的地表塌陷及控制方法

李荣华

(贵州桥梁建设集团有限责任公司，贵州贵阳550000)

浅埋暗挖隧道施工引起的地表塌陷及控制方法

李荣华

(贵州桥梁建设集团有限责任公司，贵州贵阳550000)

针对浅埋暗挖隧道工程施工中的上方地表塌陷问题，结合某公路隧道工程实际情况，对产生塌陷的原因及控制方式进行分析，旨在为确保隧道施工安全提供可靠依据。

浅埋暗挖隧道;地表塌陷;产生原因;控制方法

1 工程概况

某公路隧道位于市郊区，隧道进口地形较缓，覆盖层较薄，自稳能力差，易形成地表下沉塌陷。该隧道为双向单洞分离式隧道。公路等级:高速公路;建筑限界净宽为10.25 m;筑限界净高为5.0 m;设计荷载:公路－I级。隧道预支护采用大管棚、小导管注浆、系统锚杆、钢筋网、喷射混凝土、型钢拱架作为初期支护，二次衬砌采用模筑混凝土。隧道开挖采用环形开挖预留核心土法施工，有利于及时施作拱部初期支护以加强开挖工作面稳定性，核心土以及下部开挖在初期支护的保护下进行，环形开挖进尺不宜太长，一般环形开挖进尺为1.5～1.0 m左右，不宜过长。隧道浅埋段开挖主要经过粘土层与风化层，拱部上方的1.5 m，为风化层，围岩表现为上软下硬状态，围岩透水性很强。隧道施工过程中，在开挖到20 m时，出现了地表塌陷现象。

2 地表塌陷产生原因

2.1 地层条件

(1)处在粘土层下方的淤泥粉土分布十分广泛，厚度在0～4.6 m范围内，局部还夹有粗质砾砂与细质砂。该层的土层属于欠固结土，灵敏度为中等水平，工程稳定性相对较差。

(2)淤泥层和粘土层的下方存在风化层，有较好的渗透性，且工程所在区域的地下水埋深很浅，如果施工中未进行针对性处理，将产生流砂或管涌等问题。

(3)隧道洞身处在风化基岩当中，洞顶上的局部风化岩在水的作用下稳定性降低，砂层在渗流方向上容易产生运移现象。

(4)工程内地层的物理性质检测结果为:地层实际含水量偏大，砂石含量大，且大多表现为松散的形态。此外，地层中还分布大量细砂砾，地层整体表现为散粒体，施工中排水会对粉细砂砾造成严重冲刷，促进地层发生变形，对工程施工造成影响。

(5)工程地层的微结构扫描结构显示:粉砂颗粒的构成不够均匀，粒径为0.05～0.5 mm不等，状态松散，几乎不存在胶结物，横断面上存在大空洞，在产生渗流现象后，细小的颗粒容易被水流带走填补孔洞，使得地层产生较大位移;砾砂颗粒的粒径以0.6 mm为主，存在一部分较大的颗粒，纵断面结构有少数空隙。

2.2 施工条件

(1)施工过程中地质的超前预报不够深入，对有几率产生的问题未能给予足够的认识，塌陷事故产生在洞口浅埋段注浆加固区，如果在注浆加固区中预留充足的保护空间，并切实做好地质预报，完全能有效防止塌陷产生。

(2)隧道内注浆加固范围较小，注浆孔的间距过大，使得浆液在扩散以后无法形成连续的止水环，不能发挥止水作用;此外，隧道设计选用超前小导管注浆，但由于区域内的地下水较为丰富，实际渗漏现象严重，小导管作用有限，导致施工面产生管涌。

(3)隧道洞身上方地面沉降监测不到位，没有对深层次的地层沉降进行监测，由于洞口上方地面同属工程结构，具备一定刚度与强度，如果地表以下的地层产生较大变形，必然会对地面稳定性造成影响，所以单单对地面状态进行监测是远远不够的，导致在产生沉降后未能采取有效措施进行处理，错过了最佳的塌陷事故防控时间。

3 塌陷控制方法及应用

3.1 塌陷控制方法

(1)施工内无足够有效的支护是造成地表塌陷事故的主要原因之一，对此，在实际施工中需要尽可能加强无支护区域，同时对这一区域进行相应的加强预支护，这是防控地表塌陷事故的首要前提。

(2)由于地层和围岩的土体具有松软与蠕变特点，且压力拱自身稳定性容易受到时间等因素的直接影响，所以在施工过程中如果产生小规模塌方，需要立即进行处理，以此形成一个稳定的下级压力拱，防止产生更大规模的塌陷。

(31)从塌陷产生原因分析中可知，涌水流砂为形成塌陷的主要诱因。对此，在具体施工中必须注重地下水的有效处理，可采取超前注浆等进行堵水，以免由于涌水流砂现象造成洞身塌方与地表塌陷。

(4)对于隧道中的软弱层，需根据实际情况采用有效措施对地层实施加固处理，以此确保压力拱自身稳定性，促使下级压力拱形成，确保隧道施工安全。

(5)由于压力拱失稳是因为拱脚被破坏造成的，所以施工中必须重视拱脚变形监控。若施工中遇到砂层，特别是在已经产生塌方的隧道段，需要强化洞身两侧及前方的加固支撑，并对隧道的初期支护进行补充注浆。

(6)隧道的地表塌陷现象通常具有突发性特点，在塌陷产生以前地表并没有显著的沉降，所以在容易产生塌陷的位置要进行深层位移监测，同时强化洞身中的监测，以便准确预报地层沉降，存在预兆后立即处理，以免造成大规模塌陷。

3.2 塌陷控制方法应用

(1)采用超前钻孔对掌子面前方地层状况进行明确，根据探测所得结果，采用垂直旋喷法对地层进行加固，配合使用全断面注浆。

(2)调整隧道施工的超前支护，使用4.5 m与2.0 m的注浆小导管，采取长短结合法对地层实施超前加固。

(3)隧道初期支护的型钢间距改成由50 cm变更为40 cm，以此缩短开挖施工步距，减小无支护区域，同时还能进一步缩减循环周期，大幅提升隧道初期支护强度与刚度。

(4)在钢架的拱脚位置设置注浆小导管，小导管的长度为3.5 m，在拱腰每侧设置二根，设置完成后注入水泥和水玻璃的混合浆液，以此有效加固钢架拱脚。

(5)施工过程中切实强化洞身及地表沉降监测，加密布置监测点与缩短两次监测的时间间隔，同时选择合适的位置设立主要监测断面，在此断面上实施地层分层沉降监测、分层水平位移监测等，从而整体反映地层实际情况。

3.3 应用效果

通过对上述控制方法的应用，地层经旋喷加固后强度明显提升，实际渗水量降低，采取长短结合加固方式的隧道掌子面十分稳定，拱脚加固效果良好，后期施工顺利进行，没有产生沉降与地表塌陷事故，说明此控制方法切实有效。

4 总结

(1)隧道施工面存在支护不足区域是引发地表塌陷主要原因，在实际施工中需要采取有效方法尽可能加强支护区域，同时做好预支护，限制上方地层位移，促使下级压力拱形成，预防塌陷事故产生。

(2)涌水流砂同样是造成塌陷的主要原因，在实际施工中需要对地下水的处理给出足够重视，同时有效加固地层，防止塌陷产生。

(3)现场施工人员必须深刻理解浅埋暗挖隧道的基本机理，严格贯彻执行“超前支护、严格注浆、弱爆破、短进尺、增强支护、紧封闭、勤量测”方针，进而达到有效预防塌陷产生的根本目的。

［1］张成平，张顶立，王梦恕.浅埋暗挖隧道施工引起的地表塌陷分析及其控制［J］.岩石力学与工程学报，2014，11(12):3601－3608.

［2］陈军.浅埋暗挖隧道施工引起的地表塌陷分析及控制研究［J］.科技与创新，2016，10(7):116－118.

［3］张成平，张顶立，王梦恕，黄俊.浅埋暗挖重叠隧道施工引起的地层变形分析［J］.岩石力学与工程学报，2014，10(S1):3244－3250.

U457+2

C

1008－3383(2017)04－0165－02

2016－12－28

李荣华(1979－)，男，贵州贵阳人，工程师。