關于隧道施工誘發的地面塌陷災變機制及其控制分析

秦 彬

(四川川交路橋有限責任公司隧道分公司)

關于隧道施工誘發的地面塌陷災變機制及其控制分析

秦 彬

(四川川交路橋有限責任公司隧道分公司)

隧道工程施工人員在施工過程中，往往會引發地面塌陷的現象。不僅對施工人員的安全也會造成威脅，對周圍居民的正常生活以及生產也造成了影響。本文簡要分析了隧道施工引發地面塌陷災變的機制，同時介紹管理地下管線、處理不良地質兩種方法，以期避免施工人員在挖掘隧道過程中引發地面塌陷。

隧道施工；地面塌陷；災變機制；控制

如今，城市化發展愈發迅速，因此，也需要挖掘更多的隧道。然而，施工人員在實施隧道開挖工程時，往往會引發地面塌陷事故。地面塌陷事故對城市居民的生產以及生活具有很大威脅性，由于其發生較為突然，且波及范圍較大，所以需要格外注意。這便要求施工人員熟練掌握隧道施工技術，從而避免隧道施工引發地面塌陷災變，對城市發展造成阻礙。

一、隧道施工引發地面塌陷災變的機制

（一）隧道施工直接引發的地面塌陷

依照普氏理論來看，若隧道施工目標區域的土壤是由具有粘著力的松散土質組成，則施工人員開挖隧道之后，若沒有搭建支護措施，隧道圍巖自內而外便會出現失穩或是穩定性下降的現象。此時，若隧道頂部與地面的距離足夠大，隧道雖然會出現塌方現象，但到一定高度之后，圍巖便會呈現壓力拱狀，從而使圍巖達到自然平衡，而土體也不會繼續受到破壞。但該理論有一定適用范圍，若隧道埋深較淺，便無法形成壓力拱，具體條件如下：

h ah*

上式當中，h代表隧道拱頂與地面之間的距離。h*代表普氏定理適用的高度。而a則代表有效高度內的影響系數，通常情況下，取值為2至2.5內。

適用普氏理論對地面塌陷災變進行分析，可以得出隧道挖掘工作引發地面產生塌陷的形成機制。施工人員在實施隧道開挖作業時，往往將開挖工作分為多個步驟進行。施工人員需先開挖小斷面，之后逐漸形成大斷面。不設立支護措施的狀態下，施工人員若僅進行小斷面的開挖工作，壓力拱高度以及拱頂與地面之間的距離之間符合公式：h ah*，地層較為穩定。當施工人員擴大開挖面積時，壓力拱的高度也會隨之增加，壓力拱也會逐漸受到破壞，而當達到臨界值之后，反而會形成新的壓力拱。且后形成的壓力拱，無論是高度還是跨度都高于原有的壓力拱。但若拱頂與地面之間的距離以及力學參數不會因開挖變化而產生改變，則壓力拱在受到破壞之后，難以形成新的壓力拱，施工人員不設立防護措施，便會使拱頂與地面之間土壤失去穩定性，進而引發地面塌陷這一災變現象。

（二）不良地質對隧道開挖工作的影響

所謂不良地質主要指地面中的空洞，所以，施工人員實施隧道開挖工作之前，需著重分析隧道施工過程中對空洞的破壞程度，避免因為空洞被破壞而引發地面塌陷災變。事實上，由地層當中空洞所引起的地面塌陷現象的實質，是因為空洞受到破壞之后，空洞與地面之間的地層所形成的力學平衡被破壞，而空洞之所以受到破壞，其主要原因便是受到隧道施工的影響。如施工過程中，各類機械設備在運作時會產生震動，使得周圍地層同樣產生震動，空洞上方的土層會出現掉落的現象，使得空洞與地面之間的厚度逐漸變薄。最終壓力拱被破壞，難以承受壓力，導致空洞結構失穩，形成地面塌陷事故。

二、控制隧道施工引發地面塌陷的具體策略

（一）地下管線安全控制技術

針對隧道施工而言，地下管線至關重要，因此，施工人員必須確保地下管線的安全以及質量，以免管線發生滲漏現象，從而影響了施工現場的土質。施工人員可按照以下方式施工：

第一，施工人員需對施工目標區域所有管線情況有一定了解。施工人員需確認施工管線的埋設情況。但由于管道都埋設在地層當中，施工人員難以全面了解目標區域管線，所以，還需要結合施工圖紙以及其他相關資料，完成地下管線確認工作。不僅如此，施工人員還應對目標區域的地下管線資料有所了解，施工人員可通過下述三種方式展開工作：開挖調查、實地調查以及物探調查，勘察過程中，施工人員需結合實際情況選擇形影勘察方法進行工作，令探查效率有所提高。

第二，施工人員對管線實施加固以及保護。施工人員需先對管線的勘察結果進行全面分析，同時按照施工目標區域實際情況，結合具體施工工藝進行施工。施工之前，施工人員還需提前對管線的受力狀態進行分析以及預測，同時綜合管線的功能、埋設時間、構造以及材質等多方面內容，按照設定的控制標準，全面考量現有管線的安全性，同時設定合理且科學的管線變形控制標準，從而達到確保施工過程中管線安全的目標。若部分管線在施工過程中出現滲漏問題，則施工人員需及時對該問題進行處理，加固地下管線。除此以外，部分管線難以符合施工需求，所以施工人員在施工之前，便需先對管線進行加固，避免管線發生變形，使其抗變形能力有所提高。

第三，采取合理的監測方式。通常情況下，施工人員較為常用的監測方式主要以兩種方法為主：直接測點以及間接測點。所謂直接測點指施工人員借助埋設裝置，直接獲取管線的沉降數據。若施工人員采用該方法進行監測，需先開挖管線之上的土層，同時布置測點，但因為施工難度較大，加之施工現場各方面較為混亂與復雜，所以該方法基本難以實現。施工人員可使用綜合的管線監測方式。具體操作方式如下：首先，施工人員選定部分相對重要的管線，且于相同點位中布置直接監測點以及間接監測點。同時將理論分析以及實際監測結果相結合進行分析，獲取相同點位處，直接以及間接測點所獲得數據之間存在的關系，同時根據分析結果，確認管線的真實沉降數據，從而達到監測的目的。

（二）不良地質處理技術

地面塌陷災變現象產生的主要原因，便是地質問題。因此，施工人員需更為注重對不良地質的處理，掌握相關技術。具體分為兩步驟工作：其一，施工人員需完成不良地質體的超前探測工作。其二，針對探測結果中顯示的不良地質體，進行改善以及加固。施工人員應按照如下方式對不良地質進行處理：第一，對施工目標區域進行超前探測，確認目標區域內不良地質所屬類型。第二，針對松散區域、含水量較大區域或是含有空洞的區域，施工人員應選用不同的處理方式。如：針對土質較為松散的區域，其松散的土壤大多分布于回填區域以及雜填區域，埋深相對淺，施工人員需向內注漿，以達到加固的目的。而針對含水量較大的區域而言，出現這一現象的主要因素是由于土層中含有滯水，或是管線存在泄漏現象。施工人員處理過程中，需先確認區域內是否含有補給水源，若存在，施工人員需對其進行封堵。若滯水的形成原因為雨水或是污水滲漏所致。施工人員則需先對管線實施清洗工作，保證管線清潔。若將滯水清理之后，地質依舊不利于施工，施工人員則應向土層當中注漿，以改善土層質量。

結束語：

地下隧道的修建有利于人們出行，對社會經濟的發展具有積極意義。然而隧道施工過程中所引發的地面塌陷災變，也對民眾以及社會造成的不良影響，應引起社會各界的重視。為此，便需要施工人員熟練掌握隧道修建技術，同時了解如何避免隧道施工誘發地面塌陷災變現象，提高自身施工技術水平與施工質量。

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1007-6344（2016）03-0030-01

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