（上海同是科技股份有限公司兰州项目 甘肃 兰州 730030）
【摘 要】在兰州地铁1号线一期工程修建过程中，西津路及东岗东路盾构区间施工期间多次发现地下空洞，部分空洞发展至地面塌陷事故，造成建设工期延误，并带来很坏的社会负面影响。深入了解兰州地层空洞的成因和类型、有效预判空洞区域、降低盾构掘进施工风险势在必行。
【关键词】兰州轨道交通1号线；盾构；地层空洞；塌陷
【中图分类号】U231 【文献标识码】A 【文章编号】1002-8544（2017）04-0156-02
1.引言
空洞区域对掘进施工造成极为不利的影响,极有可能发生突泥、突水、地面沉陷、盾构机卡顿、地面建（构）筑物倒塌等严重事故。成都地铁1、2号线盾构区间在修建和建成后地表发生多次空洞塌陷事故，兰州市区属于老城区，地质情况复杂，50年代人防工程遍布城市地下，空洞亦对轨道交通建设造成极大的威胁；兰州轨道交通1号线一期工程施工时由空洞区域多发预警事件，安全管控形式严峻。
2.工程概况
兰州市轨道交通1号线一期工程全长约26.798km，布设于主城区内，均为地下线，共设置20个车站，最大站间距2332m，最小站间距842m，平均站间距1344m，暗挖及盾构区间隧道全长36.3km。
兰州轨道交通工程1号线一期工程，地层空洞多发于兰州地铁1号线东岗路、西津西路区域各工点。该区域有50年代人工开挖修建的地下人防工程，其体量都比较大，但在地勘时均未揭示到，应积极与相关人防办公室联系确定。其区域土质空隙较大，管线较多，易存在长期水害影响的空洞区域。在这种未知多变的地质条件下，轨道交通施工控制较难，施工风险较大。
2.1 水文地质特征
西津路勘测揭示自上而下岩层分布为全新统人工填土（Q4ml）、冲～洪积（Q4al+pl）黄土状土、冲积（Q4al）砂卵石土、以及下更新统冲积（Q1al）卵石土组成。区域内各盾构施工段主要穿越地层为砂卵石岩层。
东岗东路段勘测揭示自上而下岩层分布为第四系全新统人工填土（Q4ml）、冲积（Q4al）黄土状土、卵石及及第三系古-始新统（E1-2）砂岩组成。区域内各盾构施工段主要穿越地层为第三系古-始新统（E1-2）砂岩。
3.兰州地层空洞种类
3.1 天然空洞
天然的空洞或水囊等在施工开挖扰动下或因开挖泄水而形成的地层空洞。天然地层空洞一般埋深较大，如果不受人为因素的干扰自身的发展演化是较缓慢的，对地表的影响较小。兰州市区湿陷性黄土区域，多存在未探明空洞。
3.2 水害空洞
施工掘进过程中引起地下管道破损开裂渗水等对土体的侵蚀软化造成的地层空洞。兰州市政管线均埋设于人工杂填土或天然黄土中，多数管道服役时间较长，管线锈蚀，形成区域性地下空洞。
3.3 交通导改路面施工质量差引起的空洞
施工阶段由于施工单位未重视管线改迁或交通导改路面的施工质量，施工质量差导致导改路面发生塌陷，为后期施工留下施工隐患。兰州轨道交通1号线一期工程由交通导改路面质量差，引起的施工安全风险较多。
3.4 盾构施工产生空洞
兰州轨道交通1号线一期工程使用盾构掘进区间较多，由于施工掘进过程中出土量失控，导致地表塌陷，刀盘前空洞形成的事件占空洞影响事件的80％以上。
盾构在土体掘进过程中由于盾构机刀盘对掌子面前方土体的支护应力小于原始侧向力，导致掌子面的水土压力失衡，开挖土体卸载发生局部坍塌，导致开挖过程多出土而造成地层损失；
盾构主要穿过砂卵石地层卵石含量大，单个卵石粒径大、卵石抗压强度高，地层相对比较松散、土体粘聚力低，受机械开挖对土体扰动后极易产生颗粒流动。由于卵石土体本身的特点，空洞的产生及发展具有明显的滞后性，砂卵石底层由于其含的卵石骨架强度高，因开挖造成土体损失后，颗粒较小的沙土松动滑塌，形成点对点的应力传递，即形成了临时的自平衡土拱，但是由于卵石本身的形状特征及这种接触面的应力传递形式，必然造成这种临时平衡不稳定，当地表有车辆动荷载或土体自身超孔隙水压的逐渐消散，土体固结，形成地表塌陷区或空洞。
4.地层空洞影响
4.1 安全因素比较
兰州轨道交通1号线一期工程在建过程中因地层空洞、人为操作失误等发生多次预警事件，对2016年1-6月施工期间对发生的安全事件进行梳理。通过分析2016年上半年安全事件风险因素的分布可以看出，在有诸多风险因素中，由于地层空洞所导致周边环境、施工本体的风险是最大的影响因素，这与发起的预报警事件的统计规律相吻合。说明地层空洞应作为兰州轨道交通1号线一期土建施工建设过程的安全管控重点关注对象，对空洞的有效探测和治理可防止或减少施工事故的发生。
4.2 空洞因素的影响程度
通过上表分析得出：地表塌陷是地层空洞造成土体损失最直观、也是最剧烈的外在表现形式，在兰州轨道交通1号线一期的工程施工中，由其造成的施工风险事件所占比例超过80%。由地层空洞因素对兰州轨道交通建设造成的影响极大。
5.空洞区域管控措施
5.1 空洞提前探测
兰州轨道交通施工前期首先对空洞区域进行探测，探明空洞形成原因，空洞与隧道断面的关系。充分了解地下情况，及时采取措施，减少空洞影响。东岗西路、西津西路受建筑物影响，无法进行加密钻孔时，可采取物探准确判断。
5.2 空洞处理
（1）在盾构施工之前，对这些空洞、土质疏松区域进行地表注浆加固，浆液根据现场状况进行选择（水泥浆、双液浆），由于地面不具备注浆的条件，只能采取洞内注浆的措施。
（2）盾构刀盘前方注浆。目前兰州轨道交通1号线在无法进行地表注浆时，盾构机在接近空洞位置时停止掘进。出清渣土后，人工入仓在刀盘前使用水平钻钻孔，采用水平袖阀管法注浆。
6.结语
（1）兰州属于老城区，管线的提前排查及探明较为重要。2015年度因管线渗漏造成空洞沉降产生的数据异常占总数的48％以上。
（2）交通导改路面的施工质量应足够重视。2015年度由于交通导改路面下方空洞形成引起的地表沉降异常占地表沉降总数的72.3％。
（3）空洞区域的影响较大。对于空洞区域应提早探查，采取必要补救措施。
（4）盾构掘进前期应探明空洞形成原因（水蚀、风蚀、人为活动）、空洞与隧道断面的关系（隧道断面前、完全包罗隧道、隧道斜交等）。及时采取治理措施，如对空洞、土质疏松区域进行地表注浆加固；由于地面不具备注浆的条件，只能采取洞内注浆的措施。
参考文献
[1]兰州地铁1号线马滩～土门墩区间岩土工程勘查报告,2013年.
[2]兰州地铁1号线东方红广场～盘旋路区间岩土工程勘查报告,2013年.
[3]兰州地铁1号线土门墩～西客站站区间岩土工程勘查报告,2013年.
[4]兰州地铁1号线盘旋路～五里铺区间岩土工程勘查报告,2013年.
论文作者:于雷,郭德刚
论文发表刊物:《建筑知识》2017年4期
论文发表时间:2017/6/16
标签：空洞论文; 兰州论文; 盾构论文; 地层论文; 卵石论文; 轨道交通论文; 地表论文; 《建筑知识》2017年4期论文;