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摘 要：隧道施工建设应用的技术与工艺不断进步，防控地表坍塌是海床塌陷浅埋暗挖海底隧道施工的重点内容，如果出现海床塌陷海水将大面积管涌到隧道中，引发非常严重的后果。由此，需对地表塌陷发生机制以及原因进行明确，并提出合理的解决对策，研究表明，严格按照基本原理与技术进行隧道施工能达到预期控制效果，对地表塌陷预防有一定借鉴意义。
关键词：浅埋暗挖；隧道施工；地表塌陷；控制方法
中图分类号：TU990 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）12-0172-02
浅埋暗挖隧道施工将对岩石或者土体结构造成扰动，极易引发底层变形或者压力增大，变形超出限度时将对周围建筑物或者地下管线使用造成不便，地表坍塌一旦发生将对生态环境造成危害，更会影响到施工企业收益，对隧道结构稳定性造成不利影响，威胁到社会生产与建设。
1 工程概述与地表塌陷
1.1 工程概况
某地铁区间隧道位于某市国贸大厦西部位置，隧道之上交通量大，两侧建筑物密集排列，地下管线分布广、布设密集。隧道常使用双线单孔洞重叠法，隧道断面宽与高分别为5.8 m、 12 m，是高边墙体的一种。预支护注浆使用小导管，初期支护使用网喷混凝土与格栅法，使用混凝土型号为C20，钢筋主筋为20 mm、锚杆L=2.5 m，间距控制在650 mm×700 mm联合支护法，旋喷与注浆联合法对地层加固。混凝土支护使用二次衬砌，各个台阶使用临时横撑钢架，对混凝土进行网喷处理，挖掘建造3个台阶，保持台阶长度在12～25 m范围。
隧道从上至下的地层依次为：全新人工堆积层、海冲积层以及第四系残积层等，地层深度层面还有下伏侏罗系凝灰层、震旦系花岗片麻层。隧道洞由全风化层、中风化层以及黏土层构成，拱部位置1.2 m以上为砂土层，围岩具有上层软、下层硬的特征，软围岩中除了粉质黏土以及全风化层以外还有其他土层，具有较强的透水性，地下水深埋长度为1.30～4.00 m，变化幅度在2.00～1.60 m以内。隧道施工前需开挖25 m，但此次工程连接时发生了几次坍塌事故[1]。
1.2 地表塌陷事故描述
在距洞口8 m距离的位置处砂层部分侵入到了隧道拱顶处，使用地表旋喷法进行加固止水处理。旋喷加固法的应用需开挖一个台阶，使用小导管超前加固，小导管直径控制在 38 mm，长度设定为3.5 m，纵向间距保持2.0 m，并留出0.5 mm的环向间距，需结合具体施工要求使用小导管预先灌注浆。在开挖过程中，比较稳定的是掌子，地层变化幅度也不是非常大，在拱顶位置会积存少量渗水[2]。
一旦台阶累计开挖了8.5 m，掌子面将出现涌砂或者涌泥引发非常严重的地层变形现象，甚至造成地表坍塌，坍塌段位长度在SK1+32.5～SK1+366.7，坍塌范围长、宽为8.7 m、3.5 m，深度为3.0 m。
2 地表塌陷的原因
在素填土下部存在淤泥層，并且分布较广，厚度在1～5.8 m，其中夹杂着粗砾砂与粉细砂砾，灵敏度适中，工程性质一般；淤泥土层粉质黏土层存在不均匀的粉砂与中性砂、这些砂具有较强的渗透性，地下埋放表浅，松散性较大，如果处理不好将出现管涌或者流砂等问题；洞中有压缩性残积层，还有局部中等风化基岩，风化岩一旦遇水将失去稳定性，砂层将沿着渗流方向移动[3]。工程勘察研究表明，该工程出现坍塌事故的主要原因是地层松散、含水量高、空洞较多。隧道上覆盖层中砂层厚度达5.6～8.5 m，流动淤泥质粉土厚度为3～5 m，具有较差稳定性；粉质黏土则在下层，当与水混合时将变得异常松软，在某段黏土层中厚度仅为1～3 m，隧道开挖造成涌水也是坍塌的主要原因，一旦出现浸水软化的情况会降低岩体稳定性与强度，坍塌就会不可避免的出现。两次地表坍塌都表明，涌水涌砂以及压力是造成坍塌的关键要素。
按照上文所述，在地层具体条件下施工需保持开挖高度低于3.25 m，此时，上覆地层将形成一个压力拱，在这种条件下，压力拱稳定性非常差，非常容易遭到外力破坏；还有一部分原因是缺少对隧道上方路面沉降的监测，不能针对沉降做出有效评估，路面本身就是一个结构体，路面大面积变形或者脱开时路面依然可以保持稳定，但使用监测法不能对下方地层运动状态做出准确判断[4]。
3 地表塌陷控制对策与应用
3.1 地表塌陷控制对策
部分土体松软或者移动性较强，地层压力失稳，由此，隧道施工中需及时监测是否存在塌方，如果监测到塌方需及时处理，防止压力拱失稳，使事态恶化，防止塌方面积进一步增大；施工会接触到不同地层，地层中涌水或者涌砂是不可避免的，也是造成塌方的关键要素，由此，施工需加强对其的重视度，可以使用旋喷法封堵水流，防止出现涌砂造成的隧道塌方；因为地层压力拱结构失稳时拱脚会最先遭到破坏，由此，拱脚变形的预防是重点监测的内容，还要加强对已经塌方段位的加固与预防，初期支护需及时补充浆液；突发性是地表塌陷的一个主要特征，地表在发生塌陷前不会出现明显的沉降，由此，需对地表塌陷段位位移情况进行监测，还要做好洞内的监测，确保在沉降发生时及时预报，只要有塌陷征兆就要迅速做出处理，防止发生更为严重的坍塌[5]。
3.2 地表塌陷控制方法的应用
首先，使用钻孔探测法对前方地层情况进行探测，结合探测结果，在SK1+366～SK1+402段位使用垂直加固方法，而在SK1+482～SK1+500段位的首个台阶全面注浆处理，加强对地下水的封堵，对地层也要加固处理；初期格栅间距控制在 400 mm，目的是将开挖步距减少，使隧道工作面无支护空间减少，还能够使循环时间缩短，将支护强度与刚度提高；设置 40 mm锁脚注浆锚管，长度设定在2.8 m，在第一个台阶设置3根，而在二、三台阶分别设置1根，向其中灌注水玻璃浆液，对拱脚加固处理；对隧道超前支护进行调整，距离调整为3.5 m为宜，灌注时使用小导管，长度控制在3.0 m，将长短结合起来以超前加固处理；将初期支护格栅间距调整为400 mm以内，能够将开挖步距缩短，使隧道工作面无支护空间得以降低[6]。通过采取以上方法，不同里程段均在旋喷加固后强度增强，减少了拱顶渗水，注浆小短管加固掌子面稳定性增强，锁脚注浆锚的作用也更加显著，后期开挖也没有出现塌陷[7]。
4 结 语
本文主要对浅埋暗挖隧道施工引起的地表坍塌原因进行了分析，并探究了地表坍塌对整个隧道工程开展造成的不利影响，结合这些不利条件以及坍塌原因提出了几点预防坍塌事故的对策。在隧道施工中，防止坍塌的方法不仅要做好地面监测工作，还要做好地下水、岩土层监测与处理，确保隧道工程获得综合效益。
参考文献：
[1] 李建设.某城市地铁暗挖隧道地表塌陷原因分析及处理技术[J].隧道建设，2010，（4）.
[2] 苏小敏，兰天仕.打括隧道浅埋暗挖及穿越民房段预防地表塌陷施工技术[J].企业科技与发展，2012，（2）.
[3] 杨长庚.浅埋暗挖隧道施工引起的地表塌陷分析及控制[J].城市建设理论研究（电子版），2015，（3）.
[4] 方仁应.浅埋暗挖隧道施工引起的地表塌陷分析及其控制[J].城市建设理论研究（电子版），2014，（35）.
[5] 方应仁.浅埋暗挖隧道施工引起的地表塌陷分析及其控制[J].城市建设理论研究（电子版），2014，（30）.
[6] 王剑晨，张顶立，张成平，等.浅埋暗挖隧道近距施工引起的上覆地铁结构变形分析[J].岩石力学与工程学报，2014，（1）.
[7] 袁云辉，杨平，江天堑，等.复杂环境下浅埋暗挖隧道穿越薄富含水层冻结温度场研究[J].岩土力学，2010，（Z1）.
关键词：浅埋暗挖；隧道施工；地表塌陷；控制方法
中图分类号：TU990 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）12-0172-02
浅埋暗挖隧道施工将对岩石或者土体结构造成扰动，极易引发底层变形或者压力增大，变形超出限度时将对周围建筑物或者地下管线使用造成不便，地表坍塌一旦发生将对生态环境造成危害，更会影响到施工企业收益，对隧道结构稳定性造成不利影响，威胁到社会生产与建设。
1 工程概述与地表塌陷
1.1 工程概况
某地铁区间隧道位于某市国贸大厦西部位置，隧道之上交通量大，两侧建筑物密集排列，地下管线分布广、布设密集。隧道常使用双线单孔洞重叠法，隧道断面宽与高分别为5.8 m、 12 m，是高边墙体的一种。预支护注浆使用小导管，初期支护使用网喷混凝土与格栅法，使用混凝土型号为C20，钢筋主筋为20 mm、锚杆L=2.5 m，间距控制在650 mm×700 mm联合支护法，旋喷与注浆联合法对地层加固。混凝土支护使用二次衬砌，各个台阶使用临时横撑钢架，对混凝土进行网喷处理，挖掘建造3个台阶，保持台阶长度在12～25 m范围。
隧道从上至下的地层依次为：全新人工堆积层、海冲积层以及第四系残积层等，地层深度层面还有下伏侏罗系凝灰层、震旦系花岗片麻层。隧道洞由全风化层、中风化层以及黏土层构成，拱部位置1.2 m以上为砂土层，围岩具有上层软、下层硬的特征，软围岩中除了粉质黏土以及全风化层以外还有其他土层，具有较强的透水性，地下水深埋长度为1.30～4.00 m，变化幅度在2.00～1.60 m以内。隧道施工前需开挖25 m，但此次工程连接时发生了几次坍塌事故[1]。
1.2 地表塌陷事故描述
在距洞口8 m距离的位置处砂层部分侵入到了隧道拱顶处，使用地表旋喷法进行加固止水处理。旋喷加固法的应用需开挖一个台阶，使用小导管超前加固，小导管直径控制在 38 mm，长度设定为3.5 m，纵向间距保持2.0 m，并留出0.5 mm的环向间距，需结合具体施工要求使用小导管预先灌注浆。在开挖过程中，比较稳定的是掌子，地层变化幅度也不是非常大，在拱顶位置会积存少量渗水[2]。
一旦台阶累计开挖了8.5 m，掌子面将出现涌砂或者涌泥引发非常严重的地层变形现象，甚至造成地表坍塌，坍塌段位长度在SK1+32.5～SK1+366.7，坍塌范围长、宽为8.7 m、3.5 m，深度为3.0 m。
2 地表塌陷的原因
在素填土下部存在淤泥層，并且分布较广，厚度在1～5.8 m，其中夹杂着粗砾砂与粉细砂砾，灵敏度适中，工程性质一般；淤泥土层粉质黏土层存在不均匀的粉砂与中性砂、这些砂具有较强的渗透性，地下埋放表浅，松散性较大，如果处理不好将出现管涌或者流砂等问题；洞中有压缩性残积层，还有局部中等风化基岩，风化岩一旦遇水将失去稳定性，砂层将沿着渗流方向移动[3]。工程勘察研究表明，该工程出现坍塌事故的主要原因是地层松散、含水量高、空洞较多。隧道上覆盖层中砂层厚度达5.6～8.5 m，流动淤泥质粉土厚度为3～5 m，具有较差稳定性；粉质黏土则在下层，当与水混合时将变得异常松软，在某段黏土层中厚度仅为1～3 m，隧道开挖造成涌水也是坍塌的主要原因，一旦出现浸水软化的情况会降低岩体稳定性与强度，坍塌就会不可避免的出现。两次地表坍塌都表明，涌水涌砂以及压力是造成坍塌的关键要素。
按照上文所述，在地层具体条件下施工需保持开挖高度低于3.25 m，此时，上覆地层将形成一个压力拱，在这种条件下，压力拱稳定性非常差，非常容易遭到外力破坏；还有一部分原因是缺少对隧道上方路面沉降的监测，不能针对沉降做出有效评估，路面本身就是一个结构体，路面大面积变形或者脱开时路面依然可以保持稳定，但使用监测法不能对下方地层运动状态做出准确判断[4]。
3 地表塌陷控制对策与应用
3.1 地表塌陷控制对策
部分土体松软或者移动性较强，地层压力失稳，由此，隧道施工中需及时监测是否存在塌方，如果监测到塌方需及时处理，防止压力拱失稳，使事态恶化，防止塌方面积进一步增大；施工会接触到不同地层，地层中涌水或者涌砂是不可避免的，也是造成塌方的关键要素，由此，施工需加强对其的重视度，可以使用旋喷法封堵水流，防止出现涌砂造成的隧道塌方；因为地层压力拱结构失稳时拱脚会最先遭到破坏，由此，拱脚变形的预防是重点监测的内容，还要加强对已经塌方段位的加固与预防，初期支护需及时补充浆液；突发性是地表塌陷的一个主要特征，地表在发生塌陷前不会出现明显的沉降，由此，需对地表塌陷段位位移情况进行监测，还要做好洞内的监测，确保在沉降发生时及时预报，只要有塌陷征兆就要迅速做出处理，防止发生更为严重的坍塌[5]。
3.2 地表塌陷控制方法的应用
首先，使用钻孔探测法对前方地层情况进行探测，结合探测结果，在SK1+366～SK1+402段位使用垂直加固方法，而在SK1+482～SK1+500段位的首个台阶全面注浆处理，加强对地下水的封堵，对地层也要加固处理；初期格栅间距控制在 400 mm，目的是将开挖步距减少，使隧道工作面无支护空间减少，还能够使循环时间缩短，将支护强度与刚度提高；设置 40 mm锁脚注浆锚管，长度设定在2.8 m，在第一个台阶设置3根，而在二、三台阶分别设置1根，向其中灌注水玻璃浆液，对拱脚加固处理；对隧道超前支护进行调整，距离调整为3.5 m为宜，灌注时使用小导管，长度控制在3.0 m，将长短结合起来以超前加固处理；将初期支护格栅间距调整为400 mm以内，能够将开挖步距缩短，使隧道工作面无支护空间得以降低[6]。通过采取以上方法，不同里程段均在旋喷加固后强度增强，减少了拱顶渗水，注浆小短管加固掌子面稳定性增强，锁脚注浆锚的作用也更加显著，后期开挖也没有出现塌陷[7]。
4 结 语
本文主要对浅埋暗挖隧道施工引起的地表坍塌原因进行了分析，并探究了地表坍塌对整个隧道工程开展造成的不利影响，结合这些不利条件以及坍塌原因提出了几点预防坍塌事故的对策。在隧道施工中，防止坍塌的方法不仅要做好地面监测工作，还要做好地下水、岩土层监测与处理，确保隧道工程获得综合效益。
参考文献：
[1] 李建设.某城市地铁暗挖隧道地表塌陷原因分析及处理技术[J].隧道建设，2010，（4）.
[2] 苏小敏，兰天仕.打括隧道浅埋暗挖及穿越民房段预防地表塌陷施工技术[J].企业科技与发展，2012，（2）.
[3] 杨长庚.浅埋暗挖隧道施工引起的地表塌陷分析及控制[J].城市建设理论研究（电子版），2015，（3）.
[4] 方仁应.浅埋暗挖隧道施工引起的地表塌陷分析及其控制[J].城市建设理论研究（电子版），2014，（35）.
[5] 方应仁.浅埋暗挖隧道施工引起的地表塌陷分析及其控制[J].城市建设理论研究（电子版），2014，（30）.
[6] 王剑晨，张顶立，张成平，等.浅埋暗挖隧道近距施工引起的上覆地铁结构变形分析[J].岩石力学与工程学报，2014，（1）.
[7] 袁云辉，杨平，江天堑，等.复杂环境下浅埋暗挖隧道穿越薄富含水层冻结温度场研究[J].岩土力学，2010，（Z1）.