暗挖隧道施工引起的地表塌陷与有效控制研究

曾 照

(中国地质大学工程学院，湖北 武汉 430074)

暗挖隧道施工引起的地表塌陷与有效控制研究

曾 照

(中国地质大学工程学院，湖北 武汉 430074)

通过分析浅埋暗挖隧道施工中引起地表塌陷的原因，从缩小无支护空间、地下水处理、软弱松散地层加固等方面，阐述了浅埋暗挖隧道施工的注意事项，并提出了地表塌陷的控制措施，从而保证浅埋暗挖隧道施工的顺利推进。

隧道，浅埋暗挖法，地表塌陷，注浆加固

0 引言

浅埋暗挖法是一种在近地表的地下进行洞室暗挖的施工方法，其在城市地下工程中的应用十分广泛。鉴于浅埋暗挖隧道施工容易出现地表塌陷现象，本案引入如下案例，浅析如何控制这一类地表塌陷问题：某隧道采用的是双线单洞重叠形式，其中断面高13 m、宽6.8 m。表1为该工程的支护方案。

表1 支护方案

该工程的隧洞穿过中风化层、全风化层和粉质粘土层，其中1.5 m以上的拱部为砂层，围岩的透水性强，地下水位的埋深为1.20 m～3.00 m及变幅为1.00 m～1.50 m。从开挖初期至挖深20 m期间，共发生2起地表塌陷事故。其中，第一次地表塌陷发生在SK1+419.7～SK1+429.7处，塌陷范围长×宽×深=7.3 m×4.5 m×2.0 m；第二次地表塌陷发生在SK1+431.9～SK1+441.9处，塌陷范围长×宽×深=8.0 m×7.5 m×2.1 m，主要呈

漏斗状。结合这一案例，下文首先分析地表塌陷的成因，然后再进一步提出控制措施。

1 地表塌陷的成因

浅埋暗挖隧道施工引起的地表塌陷是一个尤其复杂的过程，主要涉及土体的失水固结、应力与变形的传递等。据此，笔者试图从如下方面来分析该工程中的地表塌陷问题。

1.1 地层条件

图1为该工程的地表塌陷示意图。

根据地勘报告与土性试验结果可知，发生地表塌陷事故的工段具有含水量大、地层松散及空洞分布等特点，其中上覆地层的砂层厚6.2 m～7.8 m及其上的流动状淤泥质粉土厚2 m～4 m、其下的软塑粉质粘土遇水易软化，尤其是在SK1+419.7～SK1+500.0段，粘土层仅厚0 m～2 m。如此在隧道开挖中，便会有大量涌水进入工作面，这将使洞身围岩失稳，从而造成地表塌陷，其中动水压力是重要诱因。在上述地层条件下，上覆地层在开挖高度不大于2.22 m时会形成稳定性差的压力拱，其易在突然诱因的影响下失稳破坏，而在开挖高度大于2.22 m时，若不及时加固上一级受损的压力拱，将会出现下一级压力拱，其易在施工扰动下改变地下水渗流的方向，从而形成用水流砂。此时，上覆地层将处在临空状态下，从而引起地面塌陷。

1.2 施工情况

该工程的两起地表塌陷均直接与现场施工情况有关，其中具体表现在以下方面：1)地质超前预报不到位，致使无法准确预测可能出现的情况；2)洞内深孔注浆的加固范围偏窄，外加洞内注浆所设注浆孔的间距偏大，致使浆液无法在扩散后形成止水环，同时受限于地质条件，超前小导管注浆根本未起到预期的效果，这将在局部工作面引发管涌淘蚀现象，甚至发展为涌水流砂，此时在动水压力的影响下，便会破坏压力拱的结构及影响下级压力拱的行程，从而引起地表塌陷；3)未监测深部地层的沉降，以至于无法及时发现路面因此发生的相对稳定或较小变形，这将不利于对地表塌陷事故的有效控制。

2 地表塌陷的控制

结合地表塌陷的成因，可通过预加固地层及及时支护隧道来防止地表塌陷事故的发生，其中应注意如下事项：1)在浅埋暗挖隧道施工中，尽可能缩小无支护空间，并将预支护结构引入其中，这是地表塌陷事故得以规避的前提；2)及时处理范围较小的塌方事故，以促成和稳定下一级压力拱，这将可规避范围较大的地表塌陷事故；3)妥善处理地下水，建议采用旋喷或注浆等方法来堵水，以免因涌水流砂而引起地表塌陷；4)有效加固软弱松散的地层，尤其是含水砂层或分布有不良地质体的地层，更应通过加固处理来促成和稳定其压力拱；5)在整个施工中，应重点监控拱脚的变形或破坏，因其是地层压力拱结构失稳的主要原因，其中若遇砂层或其处在塌方地段，建议注浆加固隧道两侧及前方地层，并及时对初期支护的背侧进行补充注浆；6)密切监测地表塌陷高发地段地层的深部位移，并进行洞内监测，以保证地层沉降预报的及时性和准确性，注意及时处理先兆性的塌陷点。

综上，在该隧道工程中，建议运用如下技术措施来控制浅埋暗挖施工引起的地表塌陷事故：1)根据掌子面前方地层的探测结果，决定采取地表垂直旋喷法来加固SK1+445～SK1+473段的地层，并采用全断面注浆等技术措施来封堵SK1+473～SK1+600段台阶一处的地下水及加固该段地层。2)将隧道的超前支护换成2.0 m和4.5 m的φ42 mm注浆小导管，其中前者每榀皆打，后者每3榀～4榀打1次，并采用长短混用的方法来超前预加固地层。3)将初期支护格栅的间距改成500 mm，以减小工作面的无支护空间及缩小开挖步距，同时缩短每一循环的时长及增大初期支护的刚度与强度。4)将长3.5 m的φ42 mm锁脚注浆锚管设在每一榀钢架的拱脚处，其中在台阶一的每一层设2根及在台阶二、三的每一侧设1根，同时通过注入水泥—水玻璃浆液来加固拱脚。5)在整个工程施工中，密切监测地表和洞内，注意增多测点及缩短监测的间隔时间，并将主监测断面设在SK1+487处，主要监测此处地层的水位、分层沉降和水平位移，这可对隧道上覆地层的变形和移动进行全面反映。

应用结果显示，通过旋喷加固SK1+445～SK1+473段的地层后，地层的强度有所提高，隧道拱顶的渗水量也得到了有效控制；通过在掌子面运用长短混用的注浆小导管进行预加固，掌子面的稳定性有所改善；锁脚注浆锚管的应用效果非常明显，这都为后期隧道的顺利开挖创造了有利条件。针对SK1+473～SK1+600段，虽然仅在台阶一处做了全断面注浆，但隧道开挖仍很顺利，究其原因在于超前小导管在堵水和注浆加固上起到了十分有效的作用。另外，结合图1，在浅埋暗挖隧道施工中，正确运用施工原理和施工工艺可有效防止发生地表塌陷事故，建议每一位现场施工人员和技术人员都应具备较高的专业素养。

3 结语

在浅埋暗挖隧道施工中，应积极落实“预防为主、防治结合”的施工方针，以实现对地表塌陷事故的有效控制。其中，“预防为主”要求每一位现场施工人员和技术人员都应掌握专业的施工知识和具备良好的综合素养；“防治结合”要求在综合分析地表塌陷成因的基础上，密切监测地面、洞内、地层深部和地下水等，并进一步优化施工方案，从而保证浅埋暗挖隧道施工的顺利推进。

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Research on surface subsidence and effective control caused by excavation tunnel construction

Zeng Zhao

(EngineeringSchool,ChinaUniversityofGeosciences,Wuhan430074,China)

Through the analysis on surface collapse causes caused by shallow buried excavation tunnel construction, from the un-support space reduced, groundwater treatment, weak loose stratum reinforcement and other aspects, elaborated the matters needing attention in shallow buried excavation tunnel construction, and put forward the control measures of surface collapse, so as to ensure the smoothly construction of shallow buried excavation tunnel.

tunnel, shallow buried excavation method, surface collapse, grouting reinforcement

1009-6825(2017)02-0162-02

2016-11-02

曾 照(1992- )，男，在读硕士

U457

A