矿山法地铁隧道拱顶坍塌原因分析及预防措施

    焦宽

    

    摘 要：矿山法隧道施工技术在地铁暗挖隧道施工过程中应用较为广泛，但是该施工方法会对周围土体产生较大的扰动，安全系数较低。文章以青岛地铁隧道矿山法施工导致路面坍塌为例，对矿山法地铁隧道路面坍塌的原因进行了全面的分析和介绍，并提出了针对性的预防措施。

    关键词：地铁隧道;拱顶坍塌;矿山法

    文章编号：2095-4085（2020）04-0103-02

    1 坍塌事故概况

    本文涉及地铁隧道工程属于单洞单线马蹄形隧道，该工程应用的施工方法为矿山法。本区间共设5个施工竖井、一个斜井。该工程是临海工程，项目和海边最近的距离为17m，施工竖井内净空为5m×9m，横通道净宽6m，竖井最深和最浅的深度分别为43m、19m，采用锚喷支护结构。本文涉及工程在实际建设的过程中出现了两次坍塌问题：一次为竖井涌水涌沙;一次为掌子面塌陷。为避免这类事故再次发生，本文详尽分析了坍塌的原因并针对性地提出了具体的预防措施。

    2 坍塌事故引发的常见原因分析

    2.1 工程地质水文地质条件的影响

    （1）人工填土 受各种因素的影响，在填土施工的过程中填土层一般具有密度不均匀、渗透性差等特点，另外不同区域的填土层土质不同，产生的变形程度也有所不同，总体来说土层稳定性较差。且填土层的底部区域和地下水位的距离较近，土质较松软，很难和老质土层相结合。应用浅埋法开展地铁项目施工时土层的最高端和顶部的距离较小使得隧道坍塌的几率大大增加[1]。

    （2）地下空洞 地下空洞主要有地下洞穴和洞室两种形式，如果遇到雨水季节空洞会发生蓄水，对整个项目的安全造成威胁，因此，在施工过程中一旦发现地下空洞必须采取加固措施，保证后续的项目施工顺利进行。

    （3）地下水和地表水 地下水主要有三种形式：潜水、滞水和承压水等，本文涉及项目属于临海项目，所以围岩土层抗剪能力和稳定性都较差，在水压的作用下隧道会发生流沙和潜蚀，这两种现象会严重破坏土层结构，甚至导致隧道坍塌或者涌水涌砂，因此在施工时必须综合考虑动水压力和地下水对项目施工的影响，严格加以控制。

    2.2 施工措施的影响

    （1）为了追赶工期，很多施工单位在实际施工过程中施工操作不够规范，比如栅拱架不合格，这种现象容易导致围岩失稳的问题。另外，隧道施工极有可能涉及到机械设备的振动，机械振动会对周围的围岩产生扰动继而破坏原有的平衡结构，最终导致隧道的坍塌。

    （2）隧道开挖一定长度后需要进行初期支护，用以控制围岩的松弛和变形。但是在浅埋段的开挖施工的过程中容易受各种因素的影响导致支护体系彻底失效，最终导致围岩土体发生较大程度的变形，严重的就会出现隧道的坍塌。

    （3）二次衬砌防水失效，当围岩基本稳定后即可开展二次衬砌，旨在将围岩和支护体系形成一个整体，提高支护体系的整体安全性。完成二次衬砌后结构发生坍塌的可能性会有所降低，但是如果衬砌防水失效也会导致支护体系失稳，甚至出现隧道坍塌的现象。

    2.3 地面震动

    一般来说，地铁都处于现状道路的下方，因为交通流量较大也会对路面产生一定幅度的振动，这种振动会对浅埋矿山法隧道施工产生较为不利的影响。

    2.4 爆破施工不确定性

    完成爆破施工后会有新的裂缝或者洞穴的产生，影响围岩的稳定性，严重情况下就会导致发生隧道坍塌现象。

    3 路面坍塌处置及预防措施

    3.1 前期准备工作

    （1）调查施工环境 在开展正式地铁施工之前必须对周围的建筑物、施工现场的水位情况以及地下管线情况进行调查，合理安排施工工序。

    （2）对地铁岩土工程进行勘测 在应用矿山法进行隧道施工的过程中需要对围岩的状况、围岩密实度、表层土的性质以及具体的组成成分进行勘查，另外应仔细调查和研究地表水对项目工程的施工影响。

    （3）安全风险评估 通过对地铁项目周围环境的勘查做好安全风险评估，并根据不同的项目特点对安全风险进行等级划分，然后提出有效的处理和整改方法。

    3.2 加固处理

    （1）完成洞内堆填封闭施工后，为了避免土块持续的掉块需要对坍塌脱空区域进行混凝土充填加固处理。

    （2）当脱空区域完成处理后就可以采取注浆加固措施对掌子面进行加固。为了缩短凝胶的时间和加快注浆速度，在进行加固处理时应采用水泥水玻璃双液浆作为注浆加固材料。

    3.3 围岩稳定性处理

    围岩的稳定性会直接决定隧道支护的质量，必须正确评估围岩的稳定性，并且对围岩稳定性进行等级划分，然后根据不同的等级制定预防措施，以避免隧道坍塌事故的发生，其稳定性评价细分表见表1。针对不同的围岩稳定性采取针对性的施工方法，提高隧道支护质量，较为常见的施工方法有超前预报、分部开挖、变形稳定后衬砌等。另外针对偏压段以及破碎围岩一般需要应用超前小导管对围岩开展注浆加固，以保证加固效果。

    3.4 加强地下水控制

    （1）当施工到临近地下水区域时，设计单位必须考虑选择效果较好的截排水措施。

    （2）在正式施工前加强隧道沿线地下管线调查，一旦发现渗漏或破损的管线立即采取防护措施。

    （3）在进行地下水控制时尽可能降低对周围环境的影响，注意保护周围地下水资源。

    3.5 超前地质预报

    加强超前地质预报，委派正规的单位对隧道进行地质预报。分别在拱顶和拱脚部位设置探测测线，保证每一次的探测范围为掌子面掘进方向≤25m，另外还需控制搭接里程以及拱顶上方必须>3m。

    3.6 超前支护及开挖后支护

    （1）作为施工单位必须根据超前地质预报的结果开展掌子面的超前支护施工，提高施工过程中的安全性。针对岩层分布不均和岩層渐变的区域需对超前支护的效果进行综合评价，保证加固效果达到设计标准后方可开展下道工序的施工。

    （2）完成矿山法隧道开挖施工后根据不同强度等级的围岩，采用更加合理的加固方法，以提高围岩的稳定性和避免隧道坍塌事故的发生。

    （3）围岩稳定性处理。一般来说围岩的稳定性会直接决定隧道的支护效果，所以必须对围岩的稳定性进行正确的评估并且合理进行等级划分，然后针对不同的等级制定预防措施，以避免坍塌事故的发生。

    3.7 加强监测

    因地下工程施工较为复杂性，所以在施工时必须对施工过程进行实时监测，掌握支护结构及围岩的实时状态，以此为基础制定最符合实际的施工方案，提高隧道周围建筑物施工过程中的安全性。应用矿山法施工需监测以下内容。（1）监测初期支护结构的拱顶沉降、净空收敛。（2）监测初期支护结构底板竖向位移情况。（3）监测隧道拱脚竖向位移情况。（4）对周边的地表情况以及周边建筑物的实际沉降情况进行监测。（5）对周围土体的分层竖向位移以及深层水平位移的实际情况进行监测。（6）对施工区域的地下水位的变化情况进行监测。

    4 结 语

    应用地铁矿山法开展隧道施工过程中，在正式施工前必须对周围的水文地质情况进行全面的勘查，分析隧道坍塌的原因并采取有效的预防措施。另外应根据项目的实际情况选择最合理的处理方法以提高围岩的稳定性，在保证隧道施工安全的基础上提高隧道施工质量。

    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，（04）：446-450.