某城際鐵路飽和砂層及全風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化巖段暗挖施工塌陷原因分析中鐵工程設計咨詢集團有限公司【摘 要】在施工中，地面沉降事故占總事故的30%40%，對隧道內(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、涌泥對施工現(xiàn)場的人員、設備安全構(gòu)成了極大威 脅，同時也影響了工程的進度、增加了工程的費用。因此， 對施工中發(fā)生塌陷的原因進行分析與總結(jié)十分必要，不僅能 為塌陷處理提供依據(jù)【關(guān)鍵詞】砂層；全風化巖；暗挖施工；塌陷原因1 .概述 對于砂層地區(qū)，在受特殊環(huán)境限制的情況下，采用暗挖 法施工時，由于地層的特殊性質(zhì)，淺埋暗挖施工技術(shù)更為復 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，造成災難性后果 1。

2、在施工中，地面沉降事故占總事故 的 30% 40%，對隧道內(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、涌泥對施工現(xiàn)場的人員、設備安全構(gòu)成 了極大威脅，同時也影響了工程的進度、增加了工程的費用 23 。因此， 對施工中發(fā)生塌陷的原因進行分析與總結(jié)十分 必要，不僅能為塌陷處理提供依據(jù)，同時能為類似工程施工 積累經(jīng)驗。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，按風化程度可分為全風化 混合片麻巖、強風化混合片麻巖、弱風化混合片麻巖。（ 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、殘積層及全風化混 合片麻巖中，主要受大氣降水及地表水側(cè)向補給，隨季節(jié)變 化較大；基巖裂隙水主要賦存于強風化、弱風化混合片麻巖 節(jié)理、裂隙中。主要補給來源為地表水的滲入補給。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，具中等強透水性，滲透系數(shù) k=20.0m/d ；全風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 ；強風化混合片麻巖具 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. 設計方案 本段隧道拱頂臨近或局部砂

5、層侵入，采用隧道兩側(cè)設置 帷幕 +帷幕內(nèi)井點降水 +洞?人?平旋噴樁 +掌子面錨固樁及注 漿措施，工法采用上、下臺階 +臨時仰拱法。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)降水達到礦山法隧道無水施工的條件，降 低帷幕內(nèi)井點降水對周邊環(huán)境的影響。止水帷幕采用地下連 續(xù)墻。在隧道兩側(cè)及兩線之間各設置一道平行于隧道的縱向 地下連續(xù)墻， 縱向 30m 設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)設置 水泥攪拌樁進行槽壁加固。施工時應注意地連墻接頭處的止 水效果，并根據(jù)實際情況采取相應

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置一排回灌 井，帷幕內(nèi)井點降水的同時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， 達到保護周邊建構(gòu)筑物的目的。水平旋噴樁： 隧道拱部 180°范圍設置單排水平旋噴樁。 隧道上臺階設置錨固樁，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，下臺階左側(cè)邊墻掛 網(wǎng)立架完成，進行噴射混凝土時，拱腳處出現(xiàn)突水突泥，封 堵未能奏效，隨之發(fā)生塌陷。分析塌陷原因為： （ 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 墻底位于隧道下臺階范圍，墻底土體仍為全風化地層，未達 到設計圖紙要求。 （ 2）隧道塌方段為全風化地層，隧道上方 存在砂層，全風化混合體片麻巖，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 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) 墻成槽會對地層造成一定的擾動。隧道開挖時連續(xù)墻外土體 產(chǎn)生管涌通道，水土體涌入

8、隧道，導致地面塌陷。第二次塌陷發(fā)生于 GDZK44+402處，下臺階發(fā)生涌水涌 泥，現(xiàn)場立即進行臨時封堵，但因瞬間涌水涌泥量過大，封 堵未能達到預期效果，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，塌陷原因為： （ 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， 洞身位于全風化、強風化混合片麻巖中，全風化混合片麻巖 遇水易軟化崩解，地質(zhì)情況極為復雜。 （ 2）地下連續(xù)墻澆筑 混凝土時因成槽塌孔等原因，易造成墻身夾泥，導致墻體完 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 測不嚴格，涌水位置地下連續(xù)墻未進行質(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，未對實際混 凝土用量超出或少于設計用量進行分析，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 險。6. 結(jié)論及建議 通過對該隧道兩次塌陷原因的分析總結(jié)，可得出該隧道 飽和砂層及全風化巖段暗挖施工塌陷的主要原因為：（ 1）復雜地質(zhì)條件是引起塌陷的客觀原因。（2）施工質(zhì)量未達到設計要求是引起塌陷的主要原因。（ 3）降雨導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施工管理，對施工質(zhì) 量進行檢測，確保施工質(zhì)量達到設計要求，并在地下水環(huán)境 發(fā)生變化時，制定相應的防排水措施，加強安全監(jiān)控，從而 避免塌陷事故的發(fā)生。參考文獻：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