代 征
（中铁十六局路桥工程有限公司，北京，101500）
【摘 要】本文以浅埋暗挖隧道施工引起的地表塌陷分析及其控制为题展开论述。在具体论述过程中，以六家港隧道工程为例。首先分析了在隧道开挖过程中，引起地表塌陷的原因，包括地层围岩条件、施工情况等。在此基础上，结合相关的施工经验，提出控制地表塌陷的办法与措施。希望可以有效预防地表塌陷事故的发生，减小在经济、人员伤亡方面的损失。最终保证隧道施工的安全性、稳定性。
【关键词】隧道施工；浅埋暗挖；地表塌陷
改革开放以后，我国隧道工程的建设规模不断扩大。特别是在科技力量的带动下，新的材料、技术逐渐被应用到隧道施工中，从而提高了工程的质量。然而，由于隧道工程本身的复杂性，在浅埋暗挖施工中，由于围岩变形，经常导致地表塌陷。该事故不仅使地面环境造成了严重破坏，而且影响了隧道结构的稳定性。情况严重的话，还会造成人员的重大伤亡，并给施工单位造成经济上的巨大损失。鉴于此，对浅埋暗挖隧道施工引起的地表塌陷分析及其控制进行探讨非常有必要。
一、工程实例
1、工程概况
该工程属于沪昆客专长昆湖南段高铁隧道六佳港隧道，位于湖南省娄底市。隧道上方有乡村道路，在隧道进口端右侧距隧道中线约50米有大型水塘一个，与隧道平行走向，但塘底标高与洞顶标高基本一致；隧道出口端紧邻涟水河，所以该隧道地下水及地表水较发育。隧道设计高12.5m，断面宽为14.8m。在初期支护阶段，采用钢架、网喷混凝土加固围岩。部分特殊结构，使用注浆、大管棚加固手段。隧道的地质层包括黏土层、强风化层、中风化层，覆盖层最薄的地方厚度仅有2-3米。在拱部1.5m以上的地方，部分属于砂砾层。由于透水性比较强，在初期开挖的过程中，发生了两次塌陷事故。
2、塌陷情况
首先，在隧道洞口施工中，采用地表注浆、锚杆框架梁及管棚超前支护的办法，对围岩进行加固。然后，进入隧道台阶开挖环节。其次，从工程的实际情况出发，利用小导管进行超前加固、超前注浆。小导管的规格为：长4.5m。直径￠42mm，在纵向、环向上的间距分别是3.0m、0.3m。当开挖到149.5m时，发生掉块、涌水现象，引起围岩变形，最后导致地表塌陷。塌陷的长度、宽度、深度分别是7.5m、4.6m、2.1m。为了减小工程损失，保证工程的顺利开展，必须认真分析原因，并采取有效解决对策。
二、地表塌陷的原因
1、地层条件分析
根据工程实际的勘察情况可以看出，六佳港隧道地表塌陷的主要原因是：该区内地层松散，透水性强。隧道砂砾层厚度为5.5-6.8m。砂砾层上面为流动淤泥质粉土，厚度为2到4m，地层很不稳定。砂砾层以下为软塑粉质黏土，该层遇到水后，极易被软化。尤其是在DK112+420.3～DK112+520段，黏土层的厚度仅为0～2m。在此处施工经常造成作业面涌水，并对岩层造成软化，从而减小了结构的稳定性。在这种情况下，就会造成工作面失稳。另外，在该地质条件下，随着下导的施工，开挖高度的增加，很容易对压力拱造成破坏。如果没有及时采取措施，就会难以形成下一级压力拱。加之施工时，正逢本地区雨季，这样，一旦出现地表水渗流状况，就会形成涌水掉块，造成钢架拱脚失稳，导致地表塌陷。下面为该工程地质纵断面及地表塌陷位置图。如图1所示：
图1：地质纵断面及地表塌陷位置示意图 （里程/m）
2、施工情况
第一，在施工中对地质超前预报不重视，没有及时预测出地表塌陷的情况。第二，洞内超前小导管注浆范围小，在黏土层扩散效果不好。第三，该工程地下水及地表水丰富，加之雨季，随着水压的上升，加大了水流渗漏的程度。在这种情况下，采用超前小导管注浆不仅不能起到加固的作用，反而形成了涌水、涌沙，从而对压力拱造成破坏。第四，未能严格按照隧道围岩监控量测要求，对洞顶地表进行监测，监测频率不够。第五，二次衬砌未能及时跟进，未能封闭成环，安全步距超标。以上施工方面的原因，从而延误了补救的时机，导致地表塌陷。
三、预防地表塌陷的控制措施及应用
1、地表塌陷控制措施
本文结合相关施工经验，针对地表塌陷的原因，提出控制的具体措施。第一，在隧道施工时，严格按照设计施工，做好超前支护工作，从源头上预防地表塌陷。第二，该工程所在地土质松软，紧邻池塘河流，地下水地表水发育，极易引起浸水，并形成涌水、掉块。鉴于此，一旦发现小范围塌方，应该及时采取措施处理，增强压力拱的稳定性，防止塌陷范围扩大。第三，涌水是引起塌方的重要原因。因此，在施工的过程中，要求严格处理地下水地表水，可以采用注浆帷幕、旋喷的方式堵水，有效预防地表塌陷。第四，采用逐层、及时加固的方式，提高围岩的稳定性，从而顺利形成新的压力拱，确保施工安全。第五，拱脚变形后，就会影响压力拱结构的稳定性。鉴于此，在隧道施工中必须加强对拱脚的重点控制。第六，二次衬砌必须及时跟上，满足安全步距的要求。最后，提高对监测预报的重视性，根据塌陷征兆，及时采取措施，避免发生地表塌陷。
2、地表塌陷控制措施的应用
首先，在塌陷地段，采用全面注浆帷幕技术，封堵地表水、地下水，从而加固围岩结构，并在注浆完成后，组织进行地质雷达扫描。其次，将小导管的支护参数纵环向调整为2m与0.2m，加强超前支护的作用。再次，将原设计的I22a支护钢架调整为I25a钢架，加大支护力度，增加支护的稳定性；同时，在钢架拱脚的地方设置￠42的锚管，以此来加固拱脚。另外，后期二次衬砌主筋￠25间距由20cm调整为15cm，分布筋由￠14调整为￠16，间距不变，并且在稳定之后立即组织衬砌施工，可以跳打一板，及时封闭。最后，在施工的过程中，提高对地表监测的重视度，做好预报工作，保证隧道工程的顺利开展，避免因为地表塌陷造成的经济损失以及人员伤亡。只有这样，才能全面做好地表塌陷的预防工作。
结束语
在隧道开挖施工中，由于地层围岩的变形、移动，经常无法再形成新的临界压力拱。同时，如果没有及时采取支护措施，就会造成地表的塌陷。针对小范围的塌陷，可以采用临时支护技术来加固拱脚，提高压力拱的稳定性。这样做可以防止塌陷范围的进一步扩大。研究发现，涌水流沙是引起地表塌陷的重要因素，因此在隧道施工的过程中，特别要重视水的处理。除此之外，加强洞内监测，根据塌方前兆信息，做出及时的处理。最后，要求现场人员提高自己在施工中的专业性，避免出现塌方事故。
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论文作者:代征
论文发表刊物:《工程建设标准化》2016年3月总第208期
论文发表时间:2016/6/14
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