有復雜填充物的隧道塌陷事故處理措施及建議

闞紹德

摘 要：在城市中心區施工的隧道工程塌方時一般回填物復雜，有時甚至有房屋建筑、樹木、生產生活用品等隨著隧道拱頂上方土體塌陷至隧道塌陷區域范圍，此類塌陷事故對隧道搶險施工及后續地陷區隧道施工均帶來了很大困難，文章結合具體工程實例，分析了隧道塌方的原因、以及塌陷區有復雜回填物的塌方處理方法。

關鍵詞：復雜回填物；隧道塌陷；事故原因；處理方案

1 工程概況

某地鐵車站后設置折返線，折返線左線全長約401米，右線全長約97米，采用暗挖法施工。本段地陷區掌子面距離已建成地鐵車站約112m。本段里程范圍為雙聯拱隧道，其中各段中的小斷面及中隔墻均已施工完成，當施工至里程ZDK14+681.339時發生地陷。隧道埋深距地面22m，洞高9.4m，洞身位于泥質粉砂巖，洞頂上巖層分布依次為：不均的易破碎的泥質粉砂巖層厚約6m，砂層厚約8m，淤泥、雜填土層約6m。地陷時地面有低矮磚混房屋、樹木、家具、煤氣罐等日用品和隧道拱頂以上土體一起塌陷至隧道地陷區域。

圖1 隧道塌陷平面圖 圖2 隧道塌陷斷面示意圖

2 事故原因分析

一般塌陷事故的可能存在的主要原因如下：

（1）不良地質。隧道穿過斷層及斷層的破碎地段，或在薄層巖體的小曲褶、錯動發育地段，巖石內部潛在的應力便會迅速釋放導致圍巖失穩引起塌方；隧道通過各種堆積體時，由于結構松散，顆粒間無膠結或者膠結差，開挖后多引起坍塌。

（2）地下水原因。地下水的作用是導致隧道塌的重要原因之一。由于地下水的軟化、浸泡、沖蝕和溶解等作用，使得巖石的軟化系數變大而導致巖石的硬度降低，使得結構面的抗剪強度減小，加劇了巖體的失穩而導致塌方；巖層軟弱相間或有軟弱夾層的巖體，在地下水的作用下，軟弱面強度大大降低，容易產生塌方；隧道在通過溶洞時，很有可能遇到較大的暗河或水囊等，開挖時，地下水夾帶著泥沙沖入隧道，導致巖體表面的壓力迅速增大而導致地表下層和隧道塌方。

（3）周邊環境因素。隧道施工地段的地層覆蓋過??；隧道施工地段有地表水源的作用，如江河、湖泊、水塘、水庫等；隧道施工地段地面上有建筑物，此時建筑物下方地質情況無法準確勘探不能做到地質超前預報，增大了施工風險。

針對上述可能原因，對本工程進行了塌方原因分析如下：

（1）地質條件。地表以下地層依次為<1>雜填土層；<2-1B>淤泥質土層；<3-1>粉細砂層；<3-2>中粗砂層；<5-2>殘積粉質粘土層；<6>全風化泥質粉砂層；<7>強風化泥質粉砂層；<8>中風化泥質粉砂巖層；<9>微風化泥質粉砂巖層。隧道近鄰珠江，地下水較為豐富，各地質層呈不均勻分布。該施工地段地質條件非常復雜，隧道上方有強風化深槽，且深槽上方存在較厚的砂層，含水量較大，地質條件復雜。

（2）地下水情況。粉細砂<3-1>含水量豐富，透水性好，建議滲透系數K=2.0m/d，中粗砂<3-2>含水量豐富，透水性好。同時，由于場地離珠江較近，僅約250～300m，而且粉細砂<3-1>一直延伸至珠江，場地內地下水與珠江水有較密切的水力聯系。地下水的作用是導致隧道塌方的重要原因之一。由于地下水的軟化、浸泡、沖蝕和溶解等作用，使得巖石的軟化系數變大而導致巖石的硬度降低，使得結構面的抗剪強度減小，加劇了巖體的失穩而導致塌方。

（3）地管線情況。地下存在不明的不同口徑的陳舊管線，并不斷大量涌水，涌水長期積壓，導致土體飽和、壓力增大。搶險過程中又新發現有Φ600mm水管1條、Φ200mm水管1條、直徑較小的水管若干條，水順著管路流入砂層及不均的易破碎的泥質粉砂巖層交界處，并長期沖刷易破碎的粉砂巖層，形成深槽匯集成一個飽和高壓的大水庫，由于隧道開挖輕微擾動不可避免，飽和水體的壓力在最薄弱位置得到完全釋放，致使長久積累的地下水從掌子面噴出，由于砂層已液化，形成類似泥石流方式的爆發性噴涌。

3 事故搶險應急方案

事故發生后，受地表層水管損壞和地下水、珠江水系的影響，陷坑的土體涌往已施工的隧道內，形成坍塌“漏斗”，土體與豎井形成良好的水力聯系。一是為了切斷區間與車站的水力通道，二是穩定已加固的地陷土體，保持加固效果，需對涌入隧道內的土體進行回填注漿處理，隔斷地下水，以控制地陷區的沉降及已做隧道結構安全。

為減小塌陷區域，對周邊環境及已施工完成地鐵車站和區間隧道的影響，共設置四道防線對事故區域進行處理，第一道為地陷區灌注砼、填充砂石及注漿填充；第二道為豎井北側洞內灌漿回填；第三道為豎井砂石回填；第四道為隧道與地鐵車站洞門設置鋼筋砼封堵墻及對墻體支頂加固。

地面回填及后續注漿，在地陷發生后首先在地面對塌陷的深坑進行回填素混凝土，以防止地陷區域擴大發展。采用鋼花管對塌方區域及周邊2米范圍進行填充注漿加固，鋼花管3m×3m間距梅花型布置，深度至回填砼面，回填區域采用1：1水泥漿注漿，若遇地下水較大或空洞較大，直接灌注雙液（水泥：水玻璃=1：1）。豎井北側隧道加固采用Φ200mm套管鉆穿砂層，并進入巖層部小于1m后，采用Φ108mm鉆桿鉆至隧道內，探明地下是否有空洞，空洞較小采用注漿填充，空洞較大采用水泥漿液或低標號、塌落度大的砼填充。

對折返線隧道與已建車站連接處采用鋼筋砼墻體進行臨時封堵處理，同時在封堵墻體底部及頂部預留排水管設計閥門便于后期施工時排水及觀察隧道內的水位情況。

4 后續開挖方案

考慮地陷區回填物成分復雜，主要有地陷時地面有低矮磚混房屋、樹木、家具、煤氣罐等生活日用品和隧道拱頂以上土體一起塌陷至隧道地陷區域，雖然地面在搶險過程中進行了地面回填砼和地面注漿進行了處理，考慮回填物的復雜程序，地面回填砼及注漿難以密實，對后期施工仍有較大的施工風險，經綜合比選分析，擬采用暗挖法施工，同時對對地陷區進行加固處理，方案為在加固區域四周做0.8米厚地下連續墻止水圍幕，圍幕用地下連續墻采用構造配筋，墻分幅長5米，墻之間采用工字鋼接頭，連續墻成槽為減少對周邊道路影響采用攪拌樁護壁。在地下連續墻止水帷幕施工完成后，在地下連續墻中間采用冷凍法加固隧道拱頂以上5米范圍的地層，加固完成后再進行暗挖施工。

計算分析：結合地質條件，對加固當加固方式為冷凍法時，加固范圍為隧道拱頂以上5米，拱頂以下加固區需范圍需進入<8>或<9>號地層不小于0.5m。

圖3 隧道塌陷區橫斷面圖 圖4 隧道塌陷區有限元計算斷面

通過計算分析，采用冷凍法加固過后的拱頂以上最大位移是7mm，可滿足后續設計及施工要求。

5 結束語

當采用暗挖法施工時，應加強地質超前預報，如發現圍巖破碎、地下水豐富時，應超前預注漿加固后再進行暗挖隧道的開挖。出現塌方后，應準確分析原因采取相應的有效措施控制塌方。

（1）施工中盡量減少對圍巖的擾動，盡量采用人工開挖，當不得不爆破開挖時，應采用光面、預裂、微振微差爆破等控制爆破技術，嚴格控制開挖循環進尺和臺階長度，當臺階較長、必要時應作臨時仰拱封底。

（2）城市地鐵隧道一般在城區范圍施工，如發生塌陷塌陷區回填物復雜，后續施工方案的選擇如采用暗挖方案應對地陷區回填物進行加物處理，除了在搶險過程中采用回填砼及注漿方案外，在后續施工時考慮回填材料復雜性，可考慮冷凍法施工，對地陷區地層加固后再進行后續施工。

參考文獻

[1]劉衛紅，諶躍飛.隧道塌方原因與處理技術—以通平高速公路姜源嶺隧道為例[J].公路工程，2012（37）：1.

[2]關寶樹.隧道工程施工要點集[M].人民交通出版社，2003.