浅埋暗挖隧道施工引起的地表塌陷分析及控制研究

2023.09.01

王彬旭

摘要：隧道施工过程中引起的塌陷是工程整体管理过程中重要的问题，需要及时进行塌陷问题的分析，进行塌陷问题的有效控制。本文主要通过对浅埋暗挖法施工内涵进行探索，阐述了隧道施工引起地表塌陷的主要因素，并针对该问题提出了合理的有效解决措施，包括科学地进行地下水的截排，施工钢架的支撑和测量质量的监控等多方面的内容。

关键词：浅埋暗挖法；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

快速发展的城市建设、人口扩展，给我国地面带来越来越重的空间压力，当今我国社会发展过程中，城市交通、贸易、停车位、通水、通电等项目的占地问题已经成为了国家发展中的特点问题，城市隧道的开发、地下空间的利用程度也愈来愈高，但是大面积的隧道施工，地底层物质抛到地面，会逐渐改变地质结构，使得洞室临空面向着土体更深处范围进行扩展，并逐渐改变着土地的应力场，从宏观的视角看，我们能够明显的发现，随着底层大量物质的移出，隧道施工引起了大面积的地层变位，并波及到了地表建筑物，造成了大面积的地面塌陷，威胁城市交通安全。随着地面的沉降，形成了施工沉降槽，若是沉降面积、地层变位过大，会直接威胁到城市其他建筑物的安全，和交通系统的正常使用，进而对隧道的整体施工产生影响。因而，针对具体的隧道施工，可以采取类比、计算、对比综合考察的方式，将实际施工情况进行统计、分析，找到相对应的基准值，通过有效的理论分析进行工程过程的检测，并以实时的监测数据为依据，对隧道施工中的暗埋方法进行动态的监督与处理，提升隧道施工的整体效果，达到控制地标塌陷的目的。此外，隧道施工还会影响到岩土体，使得土地结构变形，若是这种变形累积到相应的程度，就会严重威胁隧道施工人员的生命安全，地面塌陷事故的发生造成的危害极大，因而要通过合理的问题分析提出有效的控制方法。

1 隧道施工中浅埋暗挖法的含义

浅埋暗挖法的理论基础源于新奥法，而新奥法的理论技术是在岩石的刚性、压缩特性、岩石的三向压缩应力、应变特征以及莫尔学的技术上进行拓展的，同时还要考虑到隧道施工挖掘时的空间、时间、地点效应，这是一种新的方法理论。该理论的主要关注点在于隧道施工中的支护结构类型、支护结构建设的时机，同时将岩压、围压与上两者的关系共同贯穿于隧道施工的过程之中。而浅埋暗挖法同时强调设备的支护作用、及时支护作用，以此来控制地面的沉降范围、从而保证隧道施工、地下建筑物施工的安全性。通过管超前、严注浆、快封闭、强支护、短开挖、勤量测的十八字方针来保证隧道施工的安全性。浅埋暗挖隧道施工方法的机械化程度相对较低，主要是通过工人施工机动灵活性、对工程的适应性强的优势进行施工，可随时变为各种结构形式，而这种浅埋暗挖隧道施工的方法也主要运用于地质状况非常糟糕的状况下。

2 浅埋暗挖法在隧道施工中造成的影响

浅埋暗挖法在隧道施工中造成的影响主要体现在掌子面开挖时对前方土体的影响，主要经历以下几个阶段：（1）在掌子面设置距离测点-2-1D（D为开挖跨度、直径），在该范围内，测电针对掌子面的开发产生一定的反应，沉降的深度变化在10%-15%之间，分析产生该种变化的原因，是隧道开挖面的施工，引起了稍微的水土流失，但是现象并不严重，深度变量大约在3.5mm-5.25mm之间；（2）若直径的范围在-1-3D，隧道施工的整体的地表变化就会呈现相对平缓的态势，沉降的变化范围在60%-70%之间，分析其原因是开挖工程的卸荷效应造成，变量值在21mm-24.5mm之间；（3）若设置在3D距离，地表的变化还是比较平缓的，变量范围在10%-15%之间，探索产生这种现象的原因是，结构封闭后，初期支护、二次支护都起到了重要的作用，变化数值也在3.5mm-3.25mm之间；（4）若设置在5D距离，隧道施工过程中的地面沉降的增长速率降低，并逐渐达到沉稳的态势，并以5%的速度变化进行变化，探索产生这种变化的重要原因是隧道开挖对土地、岩体的影响使得隧道环向区域内的岩体应力结构需要重新分配，在岩体、土体结构处于稳定沉降的阶段，变量值大约为1.75mm。但是在隧道的施工现场要根据不同的施工方法、施工环境的不同进行相应的变化测量，从而整体掌握浅埋暗挖法在隧道施工过程中造成的影响。

3 浅埋暗挖法引起隧道施工地表塌陷的因素探索

3.1 隧道施工力学条件的变化

在隧道施工的过程中，工程监控人员要尤其注意浅埋暗挖法在隧道施工中的采用，这是施工过程中较为复杂的部分，因为该种方法产生的变量因素也很多，要根据新奥尔理论，在隧道地层施工之后，对施工的支护进行严格的监控，如果没有支护设备，隧道周围岩体的稳定性肯定会受到影响，若是隧道上覆盖的底层过薄，就会使得隧道的力学条件发展剧烈的变化，破坏隧道周围土体、隧道结构，进而引起隧道工程地标的坍塌。

3.2 隧道施工压力过大

在隧道施工的过程中，通过计算，隧道的施工压力不是一成不变的，它会随着施工进程产生一系列的变化，进而形成一个“形成-破坏-恢复”的循环，使得隧道施工的宽度、高度在不断的增加，当隧道的施工压力达到一定的值时，若是进行开挖，就会使得隧道土体受到整体影响，并通过压力冲击到地标，从而引起隧道地标的坍塌。

3.3 隧道施工条件、地层条件的影响

影响隧道施工地表塌陷的因素包括施工条件与土地本身的自然条件。针对工程施工条件引起的地标塌陷问题，通过分析主要致因是隧道工程开挖前的预报信息不精确，甚至是没有进行预报工作，隧道施工人员在工程监控的过程中就不能采取有效的控制措施来避免隧道施工引起地表坍塌问题。在隧道施工过程中，隧道深孔注浆的范围过小，或者浆液扩散后无法止水的现象都会给工程的加固带来不良影响。而且，在通过浅埋暗挖法进行隧道施工時，通过对地层条件分析中我们得知，施工的上部分填土为素填土，下部分为淤泥填土，虽然分布的范围较广泛，但是施工的性质却非常差，若是施工隧道的洞身长期处于该不良环境中，很容易出现地质的移动，造成地层变形甚至坍塌。