淺埋暗挖隧道施工引起的地表塌陷分析及控制研究

王彬旭

摘 要：隧道施工過程中引起的塌陷是工程整體管理過程中重要的問題，需要及時進行塌陷問題的分析，進行塌陷問題的有效控制。本文主要通過對淺埋暗挖法施工內涵進行探索，闡述了隧道施工引起地表塌陷的主要因素，并針對該問題提出了合理的有效解決措施，包括科學地進行地下水的截排，施工鋼架的支撐和測量質量的監控等多方面的內容。

關鍵詞：淺埋暗挖法；隧道施工；地表塌陷；原因分析；控制措施

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.08.110

0 引言

快速發展的城市建設、人口擴展，給我國地面帶來越來越重的空間壓力，當今我國社會發展過程中，城市交通、貿易、停車位、通水、通電等項目的占地問題已經成為了國家發展中的特點問題，城市隧道的開發、地下空間的利用程度也愈來愈高，但是大面積的隧道施工，地底層物質拋到地面，會逐漸改變地質結構，使得洞室臨空面向著土體更深處范圍進行擴展，并逐漸改變著土地的應力場，從宏觀的視角看，我們能夠明顯的發現，隨著底層大量物質的移出，隧道施工引起了大面積的地層變位，并波及到了地表建筑物，造成了大面積的地面塌陷，威脅城市交通安全。隨著地面的沉降，形成了施工沉降槽，若是沉降面積、地層變位過大，會直接威脅到城市其他建筑物的安全，和交通系統的正常使用，進而對隧道的整體施工產生影響。因而，針對具體的隧道施工，可以采取類比、計算、對比綜合考察的方式，將實際施工情況進行統計、分析，找到相對應的基準值，通過有效的理論分析進行工程過程的檢測，并以實時的監測數據為依據，對隧道施工中的暗埋方法進行動態的監督與處理，提升隧道施工的整體效果，達到控制地標塌陷的目的。此外，隧道施工還會影響到巖土體，使得土地結構變形，若是這種變形累積到相應的程度，就會嚴重威脅隧道施工人員的生命安全，地面塌陷事故的發生造成的危害極大，因而要通過合理的問題分析提出有效的控制方法。

1 隧道施工中淺埋暗挖法的含義

淺埋暗挖法的理論基礎源于新奧法，而新奧法的理論技術是在巖石的剛性、壓縮特性、巖石的三向壓縮應力、應變特征以及莫爾學的技術上進行拓展的，同時還要考慮到隧道施工挖掘時的空間、時間、地點效應，這是一種新的方法理論。該理論的主要關注點在于隧道施工中的支護結構類型、支護結構建設的時機，同時將巖壓、圍壓與上兩者的關系共同貫穿于隧道施工的過程之中。而淺埋暗挖法同時強調設備的支護作用、及時支護作用，以此來控制地面的沉降范圍、從而保證隧道施工、地下建筑物施工的安全性。通過管超前、嚴注漿、快封閉、強支護、短開挖、勤量測的十八字方針來保證隧道施工的安全性。淺埋暗挖隧道施工方法的機械化程度相對較低，主要是通過工人施工機動靈活性、對工程的適應性強的優勢進行施工，可隨時變為各種結構形式，而這種淺埋暗挖隧道施工的方法也主要運用于地質狀況非常糟糕的狀況下。

2 淺埋暗挖法在隧道施工中造成的影響

淺埋暗挖法在隧道施工中造成的影響主要體現在掌子面開挖時對前方土體的影響，主要經歷以下幾個階段：（1）在掌子面設置距離測點-2-1D（D為開挖跨度、直徑），在該范圍內，測電針對掌子面的開發產生一定的反應，沉降的深度變化在10%-15%之間，分析產生該種變化的原因，是隧道開挖面的施工，引起了稍微的水土流失，但是現象并不嚴重，深度變量大約在3.5mm-5.25mm之間；（2）若直徑的范圍在-1-3D，隧道施工的整體的地表變化就會呈現相對平緩的態勢，沉降的變化范圍在60%-70%之間，分析其原因是開挖工程的卸荷效應造成，變量值在21mm-24.5mm之間；（3）若設置在3D距離，地表的變化還是比較平緩的，變量范圍在10%-15%之間，探索產生這種現象的原因是，結構封閉后，初期支護、二次支護都起到了重要的作用，變化數值也在3.5mm-3.25mm之間；（4）若設置在5D距離，隧道施工過程中的地面沉降的增長速率降低，并逐漸達到沉穩的態勢，并以5%的速度變化進行變化，探索產生這種變化的重要原因是隧道開挖對土地、巖體的影響使得隧道環向區域內的巖體應力結構需要重新分配，在巖體、土體結構處于穩定沉降的階段，變量值大約為1.75mm。但是在隧道的施工現場要根據不同的施工方法、施工環境的不同進行相應的變化測量，從而整體掌握淺埋暗挖法在隧道施工過程中造成的影響。

3 淺埋暗挖法引起隧道施工地表塌陷的因素探索

3.1 隧道施工力學條件的變化

在隧道施工的過程中，工程監控人員要尤其注意淺埋暗挖法在隧道施工中的采用，這是施工過程中較為復雜的部分，因為該種方法產生的變量因素也很多，要根據新奧爾理論，在隧道地層施工之后，對施工的支護進行嚴格的監控，如果沒有支護設備，隧道周圍巖體的穩定性肯定會受到影響，若是隧道上覆蓋的底層過薄，就會使得隧道的力學條件發展劇烈的變化，破壞隧道周圍土體、隧道結構，進而引起隧道工程地標的坍塌。

3.2 隧道施工壓力過大

在隧道施工的過程中，通過計算，隧道的施工壓力不是一成不變的，它會隨著施工進程產生一系列的變化，進而形成一個“形成-破壞-恢復”的循環，使得隧道施工的寬度、高度在不斷的增加，當隧道的施工壓力達到一定的值時，若是進行開挖，就會使得隧道土體受到整體影響，并通過壓力沖擊到地標，從而引起隧道地標的坍塌。

3.3 隧道施工條件、地層條件的影響

影響隧道施工地表塌陷的因素包括施工條件與土地本身的自然條件。針對工程施工條件引起的地標塌陷問題，通過分析主要致因是隧道工程開挖前的預報信息不精確，甚至是沒有進行預報工作， 隧道施工人員在工程監控的過程中就不能采取有效的控制措施來避免隧道施工引起地表坍塌問題。在隧道施工過程中，隧道深孔注漿的范圍過小，或者漿液擴散后無法止水的現象都會給工程的加固帶來不良影響。而且，在通過淺埋暗挖法進行隧道施工時，通過對地層條件分析中我們得知，施工的上部分填土為素填土，下部分為淤泥填土，雖然分布的范圍較廣泛，但是施工的性質卻非常差，若是施工隧道的洞身長期處于該不良環境中，很容易出現地質的移動，造成地層變形甚至坍塌。