浅埋暗挖隧道施工引起的地表塌陷分析及控制

李 晓 军

(中铁十二局集团公司第三工程有限责任公司,山西 太原 030024)



浅埋暗挖隧道施工引起的地表塌陷分析及控制

李 晓 军

(中铁十二局集团公司第三工程有限责任公司,山西 太原 030024)

介绍了浅埋暗挖隧道施工造成地表塌陷的成因与过程，从截排地表水、超前支护、仰拱、衬砌、下台阶开挖等方面，阐述了控制隧道施工中地表塌陷的措施，确保了工程的安全性。

隧道，浅埋暗挖，地表塌陷，超前支护，下台阶开挖

在我国地下施工工程中，浅埋暗挖法是普遍的用法，由于其适用于含水量大且地质松散的地表，并且依照新奥法的原理来施工，大大减少了地下施工的多种不便,所以此方法广受欢迎，但是由于其施工过程中会降低地下岩石的坚硬性，有时甚至会造成多次开挖的情况，更甚若处理不当就会造成地表塌陷状况，毁坏周围建筑和危及周围民众的生命安全。本文对浅埋暗挖隧道施工所造成的地表沉降和塌陷的现象进行全面的分析之后提出了相应的减少事故发生的建议和有效措施。

1 浅埋暗挖隧道施工造成地表塌陷的成因及过程

1.1 地表塌陷的过程

地表沉降过程相对来说比较复杂，在实际施工的时候，刚挖开地层之后没有任何支护，随着地层厚度的变小，周围岩石会失去平衡，此时如果地层厚度足够，土体将停止继续被破坏。但当压力拱遭到破坏时，地表就会塌陷。而且，压力拱会随着工程的进行而不断发生动态变化，破坏和形成不断交替循环，后一级比前一级在跨度和高度两个方面都要大，一旦压力拱到达极限的时候，再加上动力压水，土体就会加速破坏直至地表，这样就会引起地面塌陷。

1.2 地表塌陷的成因

隧道的深浅、地层位移等导致地表沉降是一般地下浅埋暗挖隧道施工产生的原因，其中具体包含应力和变形的传递，与此同时还伴随有土体的失水固结。在隧道施工的过程中破坏了周围岩石的稳定性，破坏了地层结构，使其失去了大量岩石土体，在其自行固结的过程中就会发生地砂砾表塌陷和沉降。另外，大多数工程土地下部都是淤泥质粉土，有质地不均匀的粉砂、中砂、砾砂，再加上这些砂砾有着非常好的渗透性，并且由于地下水埋藏的深度比较浅，因此流砂，管涌等问题在施工的时候很容易出现[1]，由此就产生了这些现象。而且,含水量极大的地表结构加上大量沙土，本身就呈松散状态，施工时一旦开始排水，水压力就会迅速增加，夹带着粉细砂粒冲刷周围地表，造成周围土地严重变形，然后经过地层自身凝固后就会引起地表结构沉降直至塌陷。地质超前预报的工作在施工过程中经常容易被忽视，即使做好了预报的工作，也很难保证预报的准确性，所以很难对施工地点的地质情况来做出准确的判断，如果深孔注浆固定式造成了凝固范围不够，那么在浆液扩散之后就没有办法达到止水的效果，同时也不能有效加固地层，在这样的情况下如果水压力一旦增加,那么就会出现地表塌陷。在实际施工的过程中其实是无法避免地表的沉降、移动和变形的，但是却可以有效的控制变形的大小。所以，采用科学的方法来开挖、支护、注浆、衬砌、排水，并随时结合施工地实际的地质变化状况有效地控制地表塌陷事故。

2 浅埋暗挖隧道过程中造成地表塌陷的控制措施及其应用

2.1 科学截排工程地表水

填充工程地表缝隙，做好排水坡和沟渠来尽量减少地表水的汇集是非常重要的，因为在一般浅埋暗挖隧道的时候，施工的地势低洼，因此地表本身就是一个天然的汇水集中地，而且再加上周围岩石的破碎所以加速地表汇水，在施工期间大量水体汇集在地表。及时将地表水排放出去，有利于避免其渗入并软化隧道岩石。同时，使用注浆或者旋喷的方法，有效对地下水进行围堵，这样就能有效避免涌水和流砂等情况的发生。

2.2 进行超前支护施工

在施工的时候采用地层加固措施对隧道进行及时的支护非常重要，同时也是防治地表塌陷的核心。应该要尽量增加支护的覆盖范围，对于一些重点地带要做好针对性的支护工作，提前预防塌陷的发生。一般情况下，工程注入水泥浆的时候大都会使用双层超前小导管，隧道内的土体在水泥浆注入导管中的时候就会随着高压力浆液的挤压作用与其土体压裂区的缝隙不断相互渗透融合，最后凝固成硬塑粘土[2]。

2.3 采取仰拱、衬砌的施工方法

为了有效确保开挖面和其支护结构的稳定性，在进行施工的时候可以通过采取仰拱和衬砌混凝土的施工方法来达到目的。在每次施工的时候都要严格控制并保持灌注量和仰拱与开挖面的安全距离，科学根据仰拱与开挖面的距离来尽早的闭合衬砌，使其呈环状，这样能够有利于分散整体受到的重力，使受力更加均匀，从而达到整体结构更加稳定的效果。与此同时，其周围岩石结构也能够保证更加稳定，强度也会更高，更能够抵抗水的渗透。施工的时候使用栈桥运输的方法能够有效减少施工对地面产生的不利影响。

2.4 采用格栅钢架支撑结构和下台阶开挖施工方法

无论是核心土还是短台阶隧道的开挖方法，都要提前做好超前支护工作。对于任何一条隧道来说，在开挖到一定程度的时候就要采用下台阶开挖的方法，也就是先挖中槽，再挖两侧跳槽。在挖中槽的时候要为两侧预留空间，以保证压力拱不受破坏；在挖两侧跳槽马口的时候，要做好格栅钢架和挂网喷混凝土双重支护。做好科学的架设格栅钢架支撑，然后再将格栅固定在导管上，以提高相应的支撑性和稳定性，与此同时还要在其拱脚部位增设一些锁定设施，这都能够有效提高稳定度。另外为了减少注浆对岩石周围的影响，可以使用垂直注浆的方法[3]。总之就是尽量减小对周围岩石造成的压力。

2.5 严格进行测量监控

施工过程中往往会忽视地质超前预报工作，或者预报不准确，这样无法对地表结构的状况和变化进行精准的判断，往往一开工就会造成地表的剧烈变化。不能准确掌握地质情况，就会导致深孔注浆的时候加固范围不够，出现死角，那么在浆液扩散之后也就不能达到止水和加固地层的目的，所以在浅埋暗挖隧道施工过程中，要随时对洞内和地表进行检查观测，时刻注意地表环境和周围岩石状况。减少检测的时间间隔，增加检测的次数，随时掌握地层变形和支护结构变化、地表地质等信息的具体变化的详细情况，对这些动态信息数据实时详细的掌握，才可以根据其反馈的信息来加强支护结构，可以及时发现施工过程中的安全隐患并立刻采取有效地处理措施，大大避免和减少了地表塌陷的发生。

3 结语

虽然地表沉降和地层移位等状况在浅埋暗挖隧道过程中将会不可避免的发生，而且还受各种建筑物和地管道系统的影响，但是只要在施工的时候严谨细致，同时根据实际的地产地质情况对于每一项技术标准和支护架设要求都进行严格的规定，确保施工质量，并不断收集地表地质信息，确保各项施工质量和支护结构达标，就能确保施工过程中施工队伍和周围民众的生命安全，有效地减少和预防地表塌陷状况。当隧道穿越群众房屋地段时，要利用水泥、水玻璃液浆注液凝固周围岩石，减少地表沉降，增加坚固性，确保地面房屋和隧道工程的安全性。

[1] 曾英军.浅埋暗挖隧道施工引起的地表塌陷分析与控制[J].城市建设，2013(23):96-98.

[2] 张 兴.浅埋暗挖隧道施工引起的地表塌陷分析与控制[J].商品与质量·建筑与发展，2014(35):21-25.

[3] 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(6):77-79.

The surface subsidence analysis and control caused by shallow underground excavation tunnel construction

Li Xiaojun

(Third Engineering Limited Liability Company, China Railway 12th Bureau Group, Taiyuan 030024, China)

This paper introduced the causes and process of surface subsidence caused by shallow underground excavation tunnel construction, from the cutting surface water, extended support, inverted arch, lining, bottom step excavation and other aspects, elaborated the measures control of surface subsidence in tunnel construction, ensured the safety of engineering.

tunnel, shallow underground excavation, surface subsidence, extended support, bottom step excavation

1009-6825(2017)12-0176-02

2017-02-19

李晓军(1973- ),男，助理工程师

U457.2

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