某城際鐵路飽和砂層及全風(fēng)化巖段暗挖施工塌陷原因分析

1、某城際鐵路飽和砂層及全風(fēng)化巖段暗挖施工塌陷原因分析中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司【摘 要】在施工中，地面沉降事故占總事故的30%40%，對(duì)隧道內(nèi)的直接表現(xiàn)是拱頂下沉或塌陷，這種塌陷產(chǎn) 生的涌水、涌泥對(duì)施工現(xiàn)場的人員、設(shè)備安全構(gòu)成了極大威 脅，同時(shí)也影響了工程的進(jìn)度、增加了工程的費(fèi)用。因此， 對(duì)施工中發(fā)生塌陷的原因進(jìn)行分析與總結(jié)十分必要，不僅能 為塌陷處理提供依據(jù)【關(guān)鍵詞】砂層；全風(fēng)化巖；暗挖施工；塌陷原因1 .概述 對(duì)于砂層地區(qū)，在受特殊環(huán)境限制的情況下，采用暗挖 法施工時(shí)，由于地層的特殊性質(zhì)，淺埋暗挖施工技術(shù)更為復(fù) 雜。砂層自穩(wěn)能力差，開挖極易引起地面沉陷過大，甚至塌 陷，造成災(zāi)難性后果 1。

2、在施工中，地面沉降事故占總事故 的 30% 40%，對(duì)隧道內(nèi)的直接表現(xiàn)是拱頂下沉或塌陷，這 種塌陷產(chǎn)生的涌水、涌泥對(duì)施工現(xiàn)場的人員、設(shè)備安全構(gòu)成 了極大威脅，同時(shí)也影響了工程的進(jìn)度、增加了工程的費(fèi)用 23 。因此， 對(duì)施工中發(fā)生塌陷的原因進(jìn)行分析與總結(jié)十分 必要，不僅能為塌陷處理提供依據(jù)，同時(shí)能為類似工程施工 積累經(jīng)驗(yàn)。2 .工程概況隧道拱頂埋深約17.021.0m。本段隧道穿越道路，地 下管線密集，種類繁多，交通繁忙，隧道局部范圍緊鄰建筑 物。隧道平面位于直線段。該段隧道施工過程中曾發(fā)生多次 塌方事故。3. 地質(zhì)概況（1）巖土層巖性特征：本段區(qū)間隧道范圍內(nèi)上覆第四 系全新統(tǒng)沖積層（Q4al）

3、,下伏基巖為（Pz1）混合片麻巖。 第四系全新統(tǒng)沖積層（Q4al）主要有粉質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)粉質(zhì) 黏土、粉砂、粗砂等。震旦系混合片麻巖（Pz1）主要為黃褐色、淺黃色、灰白色、青灰色，變晶結(jié)構(gòu)，片麻狀構(gòu)造，主 要礦物成分為石英、長石、云母，按風(fēng)化程度可分為全風(fēng)化 混合片麻巖、強(qiáng)風(fēng)化混合片麻巖、弱風(fēng)化混合片麻巖。（ 2）水文地質(zhì)： 場地內(nèi)地下水為孔隙水及基巖裂隙水。 孔隙水主要賦存于第四系全新統(tǒng)沖積層、殘積層及全風(fēng)化混 合片麻巖中，主要受大氣降水及地表水側(cè)向補(bǔ)給，隨季節(jié)變 化較大；基巖裂隙水主要賦存于強(qiáng)風(fēng)化、弱風(fēng)化混合片麻巖 節(jié)理、裂隙中。主要補(bǔ)給來源為地表水的滲入補(bǔ)給。各巖土 層的滲透系數(shù)：粉質(zhì)黏土

4、，混砂，滲透系數(shù)k=0.005m/d ；淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土地下水含量高，呈飽和狀態(tài)，具弱透水性，滲 透系數(shù) k=0.001m/d ；粉砂中地下水較豐富，透水性較好，為 中等透水層，滲透系數(shù) k=1.0m/d ；粗砂富含地下水，透水性 隨粘粒含量增多而變小，具中等強(qiáng)透水性，滲透系數(shù) k=20.0m/d ；全風(fēng)化混合片麻巖具中等透水性， 滲透性從上向 下逐漸增大，建議滲透系數(shù) k=1.0m/d ；強(qiáng)風(fēng)化混合片麻巖具 中等透水性，建議取滲透系數(shù) k=5.0m/d ；弱風(fēng)化混合片麻巖 具中等透水性，透水性隨節(jié)理裂隙發(fā)育程度改變，建議取滲 透系數(shù) k=1.0m/d 。4. 設(shè)計(jì)方案 本段隧道拱頂臨近或局部砂

5、層侵入，采用隧道兩側(cè)設(shè)置 帷幕 +帷幕內(nèi)井點(diǎn)降水 +洞?人?平旋噴樁 +掌子面錨固樁及注 漿措施，工法采用上、下臺(tái)階 +臨時(shí)仰拱法。止水帷幕：止水帷幕伸入隔水層，以阻斷帷幕內(nèi)外水力 聯(lián)系，通過帷幕內(nèi)降水達(dá)到礦山法隧道無水施工的條件，降 低帷幕內(nèi)井點(diǎn)降水對(duì)周邊環(huán)境的影響。止水帷幕采用地下連 續(xù)墻。在隧道兩側(cè)及兩線之間各設(shè)置一道平行于隧道的縱向 地下連續(xù)墻， 縱向 30m 設(shè)置一道橫向地下連續(xù)墻， 將地下連 續(xù)墻劃分為網(wǎng)格，以保證降水效果，提高工效。為防止地下 連續(xù)墻在穿越砂層中槽段坍塌，在地下連續(xù)墻內(nèi)外兩側(cè)設(shè)置 水泥攪拌樁進(jìn)行槽壁加固。施工時(shí)應(yīng)注意地連墻接頭處的止 水效果，并根據(jù)實(shí)際情況采取相應(yīng)

6、的措施。降水、回灌：降水除需有效降低帷幕范圍內(nèi)的地下水位 標(biāo)高之外，還必須有效減小帷幕內(nèi)地層的含水量，增加地層 的固結(jié)強(qiáng)度，保證隧道無水施工，提高隧道施工的安全性。根據(jù)止水帷幕外水位變化，在帷幕與建筑物間設(shè)置一排回灌 井，帷幕內(nèi)井點(diǎn)降水的同時(shí)利用回灌井向土層內(nèi)回灌一定數(shù) 量的水，形成一道水幕，從而減小降水以外區(qū)域的地下水流 失，使其地下水位基本不變， 達(dá)到保護(hù)周邊建構(gòu)筑物的目的。水平旋噴樁： 隧道拱部 180°范圍設(shè)置單排水平旋噴樁。 隧道上臺(tái)階設(shè)置錨固樁，錨固樁采用水平旋噴樁。掌子面注漿：隧道掌子面上半斷面及開挖輪廓線外 1m 范圍內(nèi)采用水泥 -水玻璃雙液漿超前預(yù)注漿加固。5. 塌

7、陷原因分析第一次塌陷發(fā)生于 GDZK44+275處，下臺(tái)階左側(cè)邊墻掛 網(wǎng)立架完成，進(jìn)行噴射混凝土?xí)r，拱腳處出現(xiàn)突水突泥，封 堵未能奏效，隨之發(fā)生塌陷。分析塌陷原因?yàn)椋?（ 1）根據(jù)抽 芯結(jié)果結(jié)合連續(xù)墻成槽記錄及混凝土澆筑記錄判斷連續(xù)墻 墻底位于隧道下臺(tái)階范圍，墻底土體仍為全風(fēng)化地層，未達(dá) 到設(shè)計(jì)圖紙要求。 （ 2）隧道塌方段為全風(fēng)化地層，隧道上方 存在砂層，全風(fēng)化混合體片麻巖，遇水容易軟化?？傮w地質(zhì) 條件較差。（ 3）塌方前該地區(qū)普降大雨，地下水位上升，導(dǎo) 致水土壓力增加。 （ 4）塌方處處于連續(xù)墻丁字接頭處，連續(xù) 墻成槽會(huì)對(duì)地層造成一定的擾動(dòng)。隧道開挖時(shí)連續(xù)墻外土體 產(chǎn)生管涌通道，水土體涌入

8、隧道，導(dǎo)致地面塌陷。第二次塌陷發(fā)生于 GDZK44+402處，下臺(tái)階發(fā)生涌水涌 泥，現(xiàn)場立即進(jìn)行臨時(shí)封堵，但因瞬間涌水涌泥量過大，封 堵未能達(dá)到預(yù)期效果，隨之出現(xiàn)塌陷。根據(jù)涌水位置及地下 連續(xù)墻鉆孔取芯分析，塌陷原因?yàn)椋?（ 1）地下連續(xù)墻外側(cè)存 在較大范圍軟土層，隧道拱頂存在砂層，且砂層含水量高， 洞身位于全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化混合片麻巖中，全風(fēng)化混合片麻巖 遇水易軟化崩解，地質(zhì)情況極為復(fù)雜。 （ 2）地下連續(xù)墻澆筑 混凝土?xí)r因成槽塌孔等原因，易造成墻身夾泥，導(dǎo)致墻體完 整性存在缺陷，從而形成涌水通道。 （ 3）地下連續(xù)墻質(zhì)量檢 測不嚴(yán)格，涌水位置地下連續(xù)墻未進(jìn)行質(zhì)量檢測。 （ 4）地下 連續(xù)墻混凝

9、土澆筑過程中混凝土用量控制不嚴(yán)，未對(duì)實(shí)際混 凝土用量超出或少于設(shè)計(jì)用量進(jìn)行分析，留下了安全隱患。 （5）暴雨天氣較多，降雨量急劇增加導(dǎo)致地下水位升高， 水壓力增大，加大了地下連續(xù)墻外側(cè)軟化土體涌入隧道的風(fēng) 險(xiǎn)。6. 結(jié)論及建議 通過對(duì)該隧道兩次塌陷原因的分析總結(jié)，可得出該隧道 飽和砂層及全風(fēng)化巖段暗挖施工塌陷的主要原因?yàn)椋海?1）復(fù)雜地質(zhì)條件是引起塌陷的客觀原因。（2）施工質(zhì)量未達(dá)到設(shè)計(jì)要求是引起塌陷的主要原因。（ 3）降雨導(dǎo)致地下水壓力增大是誘發(fā)塌陷事故的外部 因素。（ 4）建議在同類隧道施工中加強(qiáng)施工管理，對(duì)施工質(zhì) 量進(jìn)行檢測，確保施工質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)要求，并在地下水環(huán)境 發(fā)生變化時(shí)，制定相應(yīng)的防排水措施，加強(qiáng)安全監(jiān)控，從而 避免塌陷事故的發(fā)生。參考文獻(xiàn)：1 顧擁武 .砂層中地鐵車站暗挖施工技術(shù)研究C. 城市地下空間開發(fā)與地下工程施工技術(shù)高層論壇論文集， 2004.2 羅忠，陳明輝 . 富水砂層中暗挖隧道施工沉降控制技術(shù)J.現(xiàn)代隧道技術(shù)，2012 (4): 125-1