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 趙峻

 (上海隧道工程有限公司，上海200032)

摘要：淺埋暗挖法足城市內(nèi)隧道-程中一種常用的施工方法，但由于工程水文地質(zhì)條件的不確定性和施工環(huán)境的復(fù)雜性，使得淺埋暗挖法地下工程施工存在許多風(fēng)險(xiǎn)。如果施丁工不當(dāng)，容易導(dǎo)致隧道坍塌。以紫之隧道工程工標(biāo)暗挖施工坍塌處理為例，對引起坍塌的原因進(jìn)行分析，歸納坍塌隧道修復(fù)以及預(yù)控應(yīng)對措施，對淺埋暗挖城市隧道工程塌陷修復(fù)和預(yù)防具有一定的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：淺埋暗挖；坍塌；修復(fù)；預(yù)控

中圖分類號：U458.3文章編號：1004-4655( 2016) 03-0054-04

 近年來隨著我國經(jīng)濟(jì)和社會的快速發(fā)展，城市地鐵隧道、公路隧道等地下工二程越來越多，許多地下工程需要穿越建（構(gòu)）筑物、城市主干道或地質(zhì)條件復(fù)雜地層，盾構(gòu)施工技術(shù)和暗挖施工技術(shù)已被廣泛采用。但淺埋暗挖法施工在軟弱富水地層施工中面臨的安全風(fēng)險(xiǎn)也越來越嚴(yán)峻，在隧道工程施工時(shí)造成坍塌事故的教訓(xùn)不少，本文結(jié)合紫之隧道工程案例對坍塌隧道處置和修復(fù)技術(shù)進(jìn)行總結(jié)，提出預(yù)控措施。

1工程概況

1.1地理位置

 紫之隧道（紫金港路一之江路）工程雙向4車道，為機(jī)動車專用隧道，_工程南起之浦路，下穿五浦河、之江路、梅靈南路后進(jìn)人山體向北延伸。工程地理位置見圖1。

 全線避繞西湖風(fēng)景名勝區(qū)，出蔡國忠山后下穿西溪路、天目山路、沿山河，出地面后接既有紫金港路，設(shè)置1對匝道與之江路、西溪路相接。線路全長約14.4 km，其中隧道長約13.9 km。

 紫之隧道工程土建第1標(biāo)段穿越之江路、梅靈南路段至山嶺隧道之間，全長750 m。淺埋暗挖法分別采用CRD法和臺階法施工（見圖2、圖3）。

1.2施工概況

 本工程1標(biāo)段隧道頂覆土7~ 14 m，紫之隧道工程淺埋暗挖隧道穿越之江路段約250 m，隧道開挖斷面位于⑤淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、⑥含黏性土碎石土層，呈飽和軟流塑狀，圍巖類別為VI級。采用地表垂直旋噴加同，小導(dǎo)管超前支護(hù)，CRD 工法施工。

 穿越之江路后，隧道開挖面處于@k1c-1全風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖、⑧k1c-2強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖、

⑥k1c：一中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖土層，圍巖類別為V級。采用小導(dǎo)管超前支護(hù)，臺階法施工。

 由于隧道左側(cè)緊靠五浦河，且之江路地表以下7m范圍內(nèi)為雜填土，隧道頂部地下水相當(dāng)豐富，對隧道開挖施工影響相當(dāng)大，施工期間發(fā)生過2次較大的隧道坍塌險(xiǎn)情，引起地表塌陷。

2坍塌描述及原因分析

2.1坍塌經(jīng)過

 淺埋暗挖東線隧道施工至K1+207處（位于云棲海航酒店綠地地下），采用小導(dǎo)管超前支護(hù)臺階法施工。開挖過程中掌子面較為穩(wěn)定，但隧道頂部滲水現(xiàn)象較為明顯。洞內(nèi)在K1+189處進(jìn)行初支二臺階支護(hù)施工，開挖線左側(cè)巖層為全風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，巖層較為松散夾有含黏性土碎石，在初襯混凝土噴射過程中，該處拱頂出現(xiàn)初支混凝土掉落現(xiàn)象，拱頂伴有滲水并持續(xù)增大，險(xiǎn)情有逐步增大趨勢，施工單位迅速組織洞內(nèi)作業(yè)人員緊急撤離，隨后隧道內(nèi)拱頂支架坍塌，引起地面塌陷，隧道坍塌里程K1+184~K1+207，地表塌陷面積約為35 m×25 m

（見圖4）。

2.2坍塌原因分析

 紫之隧道工程1標(biāo)段地質(zhì)較差，屬于軟弱破碎巖層，全線地下水豐富，隧道拱頂處于含黏性土碎石層、全風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖變化地段，遇水容易軟化，圍巖白穩(wěn)能力較差，無法在拱頂?shù)貙有纬煞�(wěn)定的壓力拱。開挖過程中拱頂容易掉塊，地層損失引起拱頂和地表沉降較大。

  坍塌段隧道正好位于云柄海航酒店綠化帶，地勢較低，為匯水區(qū)。隧道上方有酒店雨水、污水、自來水管道。由于施工產(chǎn)生的沉降不可避免在地層內(nèi)產(chǎn)生滲漏通道，引起隧道拱頂滲水土體軟化。

  坍塌段正好處于開挖施工工藝調(diào)整階段，開挖從三臺階轉(zhuǎn)為四臺階工法，初襯封閉成環(huán)有所滯后，該段拱架受力處于最不利狀態(tài)，加上拱頂滲水加劇初支變形的發(fā)展，導(dǎo)致初支體系失穩(wěn)。

3坍塌段修復(fù)

3.1總體流程

 根據(jù)地表沉降數(shù)據(jù)和坍塌范圍，以及洞內(nèi)施工情況，并考慮土體松動效應(yīng)，塌陷區(qū)段處修復(fù)范圍擬定為K1+175~K1+207。為使洞內(nèi)盡快恢復(fù)施工，確保塌陷段后續(xù)施工的安全順利，制訂了修復(fù)的總體流程（見圖5）。

3.2修復(fù)過程

塌方區(qū)域的修復(fù)過程見圖6—圖7。

3.2.1素混凝土回填措施

 在塌方區(qū)域內(nèi)進(jìn)行C20素混凝土回填，澆筑高度約為1.5 m，控制該層素混凝土距離地面高度為7m，對塌方區(qū)域的邊坡鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)片，其混凝土的澆筑和鋼筋混凝土板一起，形成混凝土護(hù)坡。

3.2.2鋼筋混凝土回填措施

 在已經(jīng)完成素混凝土面層上，按1m的間距，沿隧道軸線方向鋪設(shè)I18工字鋼。在工字鋼間進(jìn)行鋼筋綁扎，使鋼筋和工字鋼連接形成鋼筋網(wǎng)，澆筑厚1.5 m的鋼筋混凝土板。

 在隧道邊線按照1m間距均勻放置PVC管，作為隧道邊線加同的鋼管樁預(yù)留孔用，同時(shí)在隧道塌方區(qū)域內(nèi)按照2mx2m的間距放置PVC管，作為隧道拱頂注漿孔管。

3.2.3地表注漿加固措施

 在地表回填區(qū)域K1+180~K1+205處打設(shè)注漿孔，梅花型布置孔間距為2mx2m，注漿深度為11~18 m，至原開挖中臺高度，對鋼筋混凝土板和拱頂之間的擾動土體和洞內(nèi)坍塌土體進(jìn)行注漿加固。 

注漿加同漿液為雙液漿，水泥漿與水玻璃的比例為1：1，水泥漿比重控制在1.5~1.6，注漿提升速度在隧道洞內(nèi)為每5 min提升50 cm，在隧道拱頂上方的土體內(nèi)每5 min提升30 cm。

雙液漿注漿壓力P極限壓力值滿足式(1)：

3.2.4隧道兩側(cè)加固措施

 對東線隧道K1+180~K1+205邊線兩側(cè)1m外打設(shè)鋼管樁，鋼管樁直徑為108 mm，鋼管樁間距為0.6~0.8 m，鋼管樁深度至隧道腰線以下1 m，深度控制為11m~18 m。

 鋼管樁打設(shè)完成后，在鋼管樁內(nèi)壓入水泥單液漿液，增大鋼管樁的剛度，提高隧道兩側(cè)圍巖的自穩(wěn)能力。鋼管樁打設(shè)橫斷面示意圖見圖8，鋼管樁打設(shè)深度位置示意圖見圖9。

3.2.5洞內(nèi)處理

 K1+127~K1+175隧道內(nèi)涌入土體估計(jì)約3 000 m3，清理前先對下半部土體預(yù)加固。加固工藝采用雙液漿，每隔5m布設(shè)1排注漿孔，水平間距為2m，梅花型布置。K1+127～K1+175洞內(nèi)涌土注漿加固見圖10。

3.2.6洞內(nèi)水平加固措施

 對修復(fù)段開挖拱頂、兩側(cè)1 m范圍內(nèi)進(jìn)行水平WSS注漿超前加同，范圍從K1+175~K1+207，

分3段進(jìn)行，每段長度為12 m，搭接長度為2m。拱頂以下2m范圍內(nèi)，按50 cm×50 cm間距梅花型布置3排。漿液采用雙液漿，注漿壓力控制在1~2 M Pa，漿管回抽速度為每5 min后退50 cm。洞內(nèi)水平注漿加同示意圖見圖11。

3.2.7洞內(nèi)開挖支護(hù)措施

 K1+175~K1+207段的水平加固完成后，先采用地質(zhì)雷達(dá)對K1+185之后掌子面進(jìn)行超前

地質(zhì)預(yù)報(bào)，確認(rèn)前方掌子面的土體土質(zhì)為淤泥質(zhì)黏土，未發(fā)現(xiàn)明顯空洞及無大規(guī)模地下水體。

K1+180～K1+210區(qū)段超前地質(zhì)預(yù)報(bào)雷達(dá)圖見圖12。

 修復(fù)段施工采用臺階法加臨時(shí)中撐支護(hù)進(jìn)行開挖，開挖步距為50 cm，采用四臺階，各臺階的間距控制在5m內(nèi)，初期支護(hù)成環(huán)距掌子面小于20 m。

 對超前小導(dǎo)管進(jìn)行加密處理，小導(dǎo)管長3.5 m。每榀拱架打設(shè)超前小導(dǎo)管并注漿，提高拱頂周邊土體的自穩(wěn)能力，注漿壓力控制在1~2 M Pa。

 在開挖過程中，一臺階拱架完成后，在一臺階核心土上布置臨時(shí)豎撐，保證豎撐底部落腳密實(shí)。臨時(shí)豎撐從掌子面退后10 m，在三臺階左右拱架完成后，拆除臨時(shí)中撐。

3.2.8修復(fù)效果

  在完成地面各項(xiàng)預(yù)加固措施后，對洞內(nèi)塌方土體進(jìn)行垂直注漿加固和清理，清理過程中土體自立性良好。從K1+083進(jìn)入塌陷區(qū)修復(fù)工作，掌子面和拱頂土體加固效果良好，按照臺階法加臨時(shí)中撐嚴(yán)格控制開挖步距，及時(shí)初支封閉成環(huán)。整個(gè)塌陷區(qū)修復(fù)工作用時(shí)20 d，開挖過程拱頂日沉降量最大2.8 mm，初支封閉成環(huán)后累計(jì)沉降量最大為29 mm，安全完成塌陷區(qū)修復(fù)工作。地面注漿掌子面漿脈見圖13，修復(fù)完成洞內(nèi)效果圖見圖14。

4隧道坍塌預(yù)控措施

 近年來國內(nèi)淺埋暗挖隧道工程因地質(zhì)惡劣或施工不當(dāng)造成的類似隧道塌方、地表坍塌案例比較多，雖然這類事故往往具有突發(fā)性、不可預(yù)計(jì)性，但是通過對這些工程案例的總結(jié)分析，找出一些共性因素，從而采取相應(yīng)的預(yù)控措施，可以有效避免工程風(fēng)險(xiǎn)和對城市環(huán)境的影響。

4.1坍塌預(yù)兆

 坍塌預(yù)兆主要有以下幾個(gè)內(nèi)容：掌子面涌水、涌砂，引起開挖面失穩(wěn)；拱頂沉降或地表沉降數(shù)據(jù)嚴(yán)重超出設(shè)計(jì)允許值，初支嚴(yán)重變形；初襯噴射混凝土產(chǎn)生縱橫向裂紋或龜裂，伴隨拱頂滲水、初襯掉塊現(xiàn)象；隧道上方地表沉陷或建筑物傾斜。

4.2預(yù)控措施

4.2.1地表水、地下水處理

 淺埋暗挖施工必須加強(qiáng)工程水文地質(zhì)的調(diào)查分析，包括地面各類排水設(shè)施的基本分布。對于各類明水必須采取措施排出，防止地表水滲入、軟化隧道周邊圍巖和掌子面。地下水采取降水或加固等措施，防止開挖過程中掌子面因涌水涌砂，或圍巖遇水軟化降低自穩(wěn)能力。

4.2.2地層預(yù)加固措施

  對于松散破碎地層或軟弱土層，有條件的在地面實(shí)施預(yù)加固，既可以對掌子面前方土體起到加強(qiáng)作用，也可以對拱頂上方的土體充分加固，形成拱頂上方的壓力拱，提高土層的自穩(wěn)能力。

4.2.3預(yù)留核心土開挖

 預(yù)留核心土是比較有效的穩(wěn)定掌子面的方法，超前支護(hù)完成后，用小型挖掘機(jī)沿上臺階開挖輪廓線預(yù)留核心土進(jìn)行掏槽開挖，嚴(yán)格控制臺階高度，用風(fēng)鎬或人工對欠挖部分進(jìn)行開挖修整，隨后立即噴射混凝土封閉，充分利用掌子面的空間支護(hù)效應(yīng)。

4.2.4及時(shí)閉環(huán)和仰拱施工

 嚴(yán)格控制掌子面到封閉成環(huán)的臺階長度在2倍的開挖直徑內(nèi)，避免上臺階過長，提高初期支護(hù)的承載能力。封閉成環(huán)后盡早澆筑仰拱混凝土和二襯，使襯砌閉合成環(huán)，確保工程安全。

4.2.5重視信息化施工

 定期做好地質(zhì)超前預(yù)報(bào)，針對各種異常情況提前采取措施。做好隧道內(nèi)和地表變形監(jiān)控量測工作，迅速反饋信息指導(dǎo)施工，及時(shí)處理存在的隱患，保證施工安全。

4.2.6“誘導(dǎo)式”塌方

 “誘導(dǎo)式”塌方是近幾年在高鐵隧道工程提出的一種比較新的應(yīng)急處理方法，主要指開挖過程中圍巖已處于失穩(wěn)狀態(tài)，洞內(nèi)或地表已無法采取有效措施的情況下，地面又無重要管線、構(gòu)筑物，如果強(qiáng)行施工或應(yīng)急處理可能造成更大的工程和人身安全風(fēng)險(xiǎn)，把設(shè)備和施工人員撤到安全位置，做好一定的安全措施，讓隧道局部坍塌，在開挖范圍內(nèi)土層形成新的平衡后，再采取地面或洞內(nèi)加固措施，以快速恢復(fù)施工的一種措施。

5結(jié)語

 紫之隧道1標(biāo)工程在埋深較淺的V級、VI級軟弱圍巖并富含地下水的地層進(jìn)行淺埋暗挖施工，因圍巖自穩(wěn)能力較差，遇水易軟化，隧道初支變形過大引起拱架失穩(wěn)，導(dǎo)致隧洞坍塌、地表塌陷。據(jù)此，對淺埋暗挖隧道在開挖、支護(hù)、注漿、襯砌、排水等方面提出更高要求，針對引起隧道塌方、地表坍塌的主要因素必須采取相應(yīng)的預(yù)控措施，這些是有效減少淺埋暗挖法施工坍塌風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)鍵。