浅埋暗挖隧道施工引起的地表塌陷分析及其控制

岩石力学与工程学报 Vol.26 Supp.2

2007年12月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Dec.，2007

浅埋暗挖隧道施工引起的地表塌陷分析及其控制

张成平，张顶立，王梦恕

(北京交通大学 隧道及地下工程教育部工程研究中心，北京 100044)

摘要：防控地表塌陷特别是海床塌陷是浅埋暗挖海底隧道施工的关键问题之一，一旦发生海床塌陷，海水可能大量涌入隧道，将造成灾难性后果。因此，明确地表塌陷的发生机制、诱发因素和相应的控制措施是浅埋暗挖隧道包括海底隧道安全施工的重要保证。以深圳地铁一隧道施工引起的两次地表塌陷事故为工程背景，根据普氏平衡拱理论，对浅埋暗挖隧道施工引起的地表塌陷进行深入的分析，明确地表塌陷的发生机制，并结合地层条件和施工情况给出了诱发地表塌陷的原因，在此基础上提出相应的控制技术，并在隧道后续施工中得到应用，取得了理想的控制效果。研究结果表明，严格按照浅埋暗挖法的基本原理和技术要点进行隧道施工，可以有效地避免地表塌陷事故的发生。研究成果对浅埋暗挖城市地铁隧道和海底隧道等类似工程施工预防地表塌陷具有一定的指导意义。

关键词：隧道工程；浅埋暗挖法；地表塌陷；压力拱；控制技术

中图分类号：U 45 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2007)增2–3601–08

ANALYSIS OF GROUND SUBSIDENCE INDUCED BY SHALLOW-BURIED

TUNNEL CONSTRUCTION AND ITS CONTROL TECHNIQUES

ZHANG Chengping，ZHANG Dingli，WANG Mengshu

(Tunnel and Underground Engineering Research Center of Ministry of Education，Beijing Jiaotong University，Beijing 100044，China)

Abstract：It is the key issue to prevent ground subsidence，especially seabed subsidence during the construction of shallow-buried subsea tunnels. So it is necessary to analyze the ground subsidence caused by the construction of shallow-buried tunnels including subsea tunnels in order to find out its forming mechanisms，inducing factors and control measures. Based on two ground subsidence accidents caused by the construction of a certain shallow-buried tunnel in Shenzhen subway，the equilibrium arch theory of М·М·Протодьяконов is used，and the forming mechanisms of ground subsidence induced by shallow-buried tunneling are presented. Predominant factors，which cause the collapse of ground，are analyzed according to stratum geological conditions and construction methods. Moreover，control techniques of avoiding ground subsidence accident are also proposed，and are applied to the tunnel construction in Shenzhen subway subsequently. Good effects were achieved in guiding the construction of the subway tunnel and ground subsidence accidents were also avoided. Research indicates that if shallow-buried tunneling can be strictly kept to the principles and technical rules of shallow-buried tunneling method，ground subsidence can be avoided effectively. The research results can provide references to preventing ground subsidence induced by construction of shallow-buried urban subway tunnels，subsea tunnels and other similar tunnel engineering. Key words：tunneling engineering；shallow-buried tunneling method；ground subsidence；pressure arch；control technique

收稿日期：2007–06–14；修回日期：2007–07–19

基金项目：国家高技术研究发展计划(863)资助项目(2006AA11Z119)

作者简介：张成平(1975–)，男，1999年毕业于北方交通大学交通土建工程专业，现为博士研究生、讲师，主要从事隧道及地下工程方面的教学与研究工作。E-mail：zcpmail@sina.com

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1 引 言

浅埋暗挖隧道施工不可避免地对岩土体产生扰动，引起地层变形，当变形达到一定程度时将影响到地面建筑物的安全和地下管线的正常使用，如若发生地表塌陷，其影响将更加严重，不仅会造成地面环境的严重破坏，还将危及隧道结构的自身安全，甚至威胁相关人员的生命安全，从而产生非常恶劣的社会影响[1～6]

，这一点可以从近年来国内外城市

地铁建设中出现的地表塌陷事故得以说明和体现

(见图1)。

(a) 北京地铁某区间隧道

(b) 深圳地铁某区间隧道

图1 地铁隧道施工引起的地表塌陷图片

Fig.1 Pictures of ground subsidence caused by subway tunnel construction

正在建设的厦门海底隧道陆域段施工时，也发生过类似的地表塌陷事故，对地面环境和施工安全造成了一定的影响。如若海域段隧道施工时发生大的塌方或海床塌陷，塌方或塌陷处将成为泄水的通道，海水将大量涌入隧道，势必造成灾难性后果。

在松散富水地层中进行浅埋暗挖隧道施工，相比其他地层条件，地表塌陷发生的频率更高，其发生往往具有突发性，事先不易察觉。因此，有必要对富水松散地层条件下浅埋暗挖隧道施工引起的地表塌陷进行深入分析，明确其发生机制、诱发因素

和相应的防控措施，从而有效减少浅埋暗挖隧道施工引起的地表塌陷及其造成的损害。本文通过对深圳地铁某区间隧道施工引起两次地表塌陷的分析，对上述问题进行了深入的研究，并得出了一些有益的结论，对城市地铁隧道和海底隧道等隧道工程施工预防地表塌陷有一定的指导意义和借鉴作用。

2 工程概况及地表塌陷概述

2.1 工程概况

该地铁区间隧道位于深圳国贸大厦西侧，斜穿人民东路，隧道上方地面交通繁忙，两侧建筑物密集，地下管线密布。隧道采用双线单洞重叠形式，断面宽6.8 m、高13 m，属高边墙结构。预支护采用小导管注浆；初期支护为网喷混凝土(C20)与格栅钢架(主筋φ 22 mm)、锚杆(L = 3.5 m，间距750 mm×800 mm)联合支护，特殊地段采用注浆和旋喷加固等特殊措施加固地层。二次衬砌采用模筑混凝土支护。各台阶之间设立临时横撑(型钢架)，并网喷混凝土，开挖分4个台阶，台阶长15～20 m。

隧道上覆地层自上而下依次为：第四系全新统

人工堆积层(Qml(Qm+al4)、海冲积层4

)及第四系残积层(Qel

)，下伏侏罗系中统(J2)凝灰岩、震旦系(Z)花岗片麻岩，局部为燕山期(r35)花岗岩侵入体。隧道洞身主要通过粉质黏土层、全风化层、中风化层，拱部

1.5 m以上为砂层，围岩“上软下硬”，软弱围岩除粉质黏土、全风化层，透水性较强，地下水位埋深

1.20～3.00 m，变幅1.00～1.50 m。隧道施工前期仅开挖不足20 m时，接连发生了两次地表塌陷事故。 2.2 地表塌陷事故描述

隧道洞口段10 m范围内(SK1+419.7～SK1+

429.7)砂层部分侵入隧道拱顶，采用地表旋喷措施对地层进行止水和加固。旋喷加固完毕后进行隧道一台阶开挖，并采用小导管进行超前预加固，小导管直径φ 42 mm，长4.5 m，纵向间距3.0 m，环向间距0.3 mm，并根据实际需要采用小导管进行超前注浆。开挖过程中掌子面比较稳定，地层变形较小，仅在拱顶有极少量渗水。当一台阶累计开挖9.4 m时，掌子面右前上方发生涌泥、涌砂，引起地层大变形，进而造成地表塌陷，塌陷里程SK1+429.4～

SK1+433.9，塌陷范围长约7.3 m，宽约4.5 m，深约2.0 m。塌陷发生后，及时封堵掌子面，对塌陷段采用地面注水泥–水玻璃双液浆，并在洞内采用中空注浆管棚作为辅助措施，地面注浆加固范围4 m。

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加固后继续开挖，开挖过程中工作面有少量渗水，当开挖至里程SK1+431.9处因为工作面渗水量增大，停止开挖并及时封堵掌子面。经分析论证认为中空注浆管棚较难达到设计要求，将其取消，采用双层注浆小导管辅以洞内深孔注浆对隧道拱部砂层进行止水和加固，加固范围为隧道拱部开挖线两侧2 m范围以内地层；超前小导管直径φ 42 mm，长4.0 m，纵向间距1.8 m，环向间距0.3 m。加固后继续进行一台阶开挖，当开挖至里程SK1+433.5后，核心土出现大量渗水，立即停止开挖并对掌子面进行注浆加固。注浆结束后继续开挖，开挖过程中核心土一直有水流出。一台阶在开挖至里程

SK1+436.2处，掌子面右上方和右侧拱脚处又出现两股水流。水流呈黄色、浑浊。随后，隧道拱部偏右处突然发生涌水涌砂，大量的粗砾夹灰黑色的泥水冲入隧道，随后地表发生塌陷，塌陷范围长约8.0 m，宽约7.5 m，深约2.1 m，呈漏斗状。地面塌陷发生后，隧道工作面在拱顶偏右处被冲出一个直径φ 50～

60 cm的孔洞，斜向前上方延伸，并有水流出。现场采用多层沙袋堵水，钢管和型钢与钢格栅焊接形成整体作为支撑，并喷混凝土封闭掌子面。封闭掌子面后，其下端的左右两侧又出现两股水流，流量较大且浑浊，并有加大的趋势。为防止产生进一步塌陷，立即进行注浆，在水流有减小和变清的趋势后，停止注浆，共注入水泥13 t。此外，对塌陷段

(SK1+436.2～SK1+443.7)采用全断面注浆加固进行紧急处理，同时加强监测。

3 地表塌陷机制及原因分析

3.1 地表塌陷机制分析

隧道开挖引起地表沉降及变形是一个极其复杂的过程，其中包括应力的传递和变形的传递，并伴随有土体的失水固结。根据普氏天然平衡拱理论，在具有一定黏聚力的松散介质中开挖洞室后，在无支护状态下，隧道围岩由内至外发生失稳破坏，如果上覆地层足够厚，隧道塌方至一定高度后围岩便形成自然平衡的压力拱

[7～9]

(见图2)，土体将不再继

续破坏，只有当力学条件发生较大改变的情况下，该压力拱遭到破坏，才有可能发生地表塌陷，大量的工程实践也表明了这一点。

假定压力拱的高度为hh，跨度为b，为求出压

力拱的高度，取压力拱的左半侧OA段进行受力分

hh

图2 隧道上覆地层压力拱示意图 Fig.2 Pressure arch in stratum above tunnel

析(见图3)，拱上作用有垂直均布荷载q和垂直渗透力f，O点作用有右半拱OB段对左半拱OA段水平切向支撑力T，点A作用有支点水平反力H及垂直反力N。

hh

图3 压力拱力学分析图

Fig.3 Mechanical analysis of pressure arch

拱的左半侧在各种力的作用下处于平衡状态，平衡条件为

∑Fx=0⎫

∑F⎪⎪

y=0⎬ (1)

∑M⎪

A=0⎪⎭

N=b

2(f+q) (2)

H

=

T (3)

(f+q)b2

hh=8T

(4)

又由于拱处于极限平衡状态时在拱脚A处的水平反力H由垂直反力N产生的摩擦力平衡，即

H=Nf0 (5)

式中：f0为土体的坚固性系数，或称为似摩擦因数。

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将式(5)代入式(3)，得 T=Nf0 (6)

为保证拱在水平方向有足够的稳定性，须使

T＜H，即T＜Nf0，取安全系数为2，即

2T=Nf0 (7)

将式(2)，(7)代入式(4)得

hb

h=2f (8)

0根据普氏理论，地层为松散体时地下洞室侧壁滑动面与垂线间夹角为θ (见图4)，由主动土压力理论得

θ=45D−

ϕ2

(9)

式中：ϕ为上覆地层土体的内摩擦角。

hh

图4 压力拱跨度计算简图

Fig.4 Calculating sketch of pressure arch span

压力拱跨度及高度可分别表示为

b=d+2a=d+2h′tan(45D

−ϕ2) (10)

d+2h′tan(45D

h−ϕ2)

h=

2f (11)

0

式中：d为隧道跨度，h′为隧道开挖高度。

普氏理论具有一定的适用范围，如果地下洞室的埋深较浅则一般不会形成压力拱，其适用条件为

h≥2hh (12)

式中：h为隧道拱顶上覆地层厚度。

深圳地铁地表塌陷段隧道最大跨度为6.8 m，因

一台阶位于隧道拱部，隧道洞室跨度随开挖高度增

加逐渐增大，其跨度可近似用下式表示：

d=2.6+1.2h′ (h′≤3.5 m) (13)

根据该地铁隧道上覆地层特性及厚度，计算得上覆地层土体坚固性系数加权平均值为 0.6，内摩擦角ϕ=30°，代入式(10)，(11)得压力拱跨度和高度与隧道开挖高度关系式为

b=2.6+2.35h′⎫⎪

h+1.96h′⎬⎪ (14)

h=2.16⎭

由式(14)作出压力拱高度和跨度与隧道开挖高度之间的关系曲线(见图5)。

98压力拱高度 压力拱跨度 m7/寸 尺6拱力5 压4 3 2 0.0

0.5

1.0 1.5 2.0 2.5

隧道开挖高度

/m

图5 压力拱尺寸与隧道开挖高度关系曲线

Fig.5 Relation curves between pressure arch size and tunnel

excavating height

对深圳地铁案例隧道计算结果表明，随着隧道

开挖高度的增加，压力拱高度和跨度随之线性增加， 表明压力拱随着隧道开挖发生动态变化，经历着形成→破坏→形成的循环过程，且后一级压力拱的高度和跨度均大于前一级压力拱。发生地表塌陷处隧道上覆地层厚度约13 m，

当该处隧道开挖高度大于2.22 m时，h＜2hh，根据普氏理论，在无支护状态下，隧道上覆地层无法形成自然平衡的压力拱。可见：当隧道开挖高度为2.22 m时，为无支护条件下能否形成压力拱的临界状态，定义对应的压力拱为临界压力拱，对应的压力拱高度和跨度分别为6.5和7.8 m。当压力拱为临界压力拱时，继续开挖，上覆地层土体破坏后不再形成下一级压力拱，在动水压力作用下，土体将迅速破坏直至地表，形成地表塌陷。深圳地铁的两次地表塌陷范围沿隧道横向分别为7.3和8.0 m，

与计算得到的临界压力拱跨度(7.8 m)基本一致，表明上述分析的合理性。

上述分析是针对隧道无支护状态进行的，而对地层进行加固并对隧道进行及时可靠的超前预支

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护，将限制上覆地层的变形和移动，当上覆地层具备成拱条件时可以保持压力拱的稳定，避免地表塌陷发生，并能通过拱效应降低作用在衬砌结构上的土压力；当上覆地层不具备成拱条件时，能够有利于促进压力拱的形成，即使无法形成稳定平衡的压力拱，在可靠的超前预支护结构作用下将维持上覆地层的稳定，不会导致地表塌陷的发生，可见，对地层实施加固，并对隧道进行及时可靠的超前预支护，是避免隧道施工引起地表塌陷的关键。 3.2 地表塌陷原因分析

(1) 地层条件分析

图6给出了隧道发生地表塌陷事故的位置及事故区域的地质纵断面示意图。

fk = 100 kPa fk = 90 kPa fk = 160 kPafk = 210 kPa fk = 180 kPa 第一次塌陷位置 第二次塌陷位置

里程 /m

图6 地质纵断面及地表塌陷位置示意图

Fig.6 Stratum longitudinal section and ground subsidence

position

根据工程地质勘察报告和土体的物理力学性质及微观结构分析，在该区间范围内地层主要特征如下：

① 位于素填土下部的淤泥质粉土，分布广泛，厚0～4.6 m，局部夹粉细砂或粗砾砂。该层土为欠固结土，中等灵敏度，工程性质差。

② 淤泥质土层或粉质黏土下不均匀存在粉砂、中砂、砾砂，渗透性好，地下水埋深浅，施工中地下水处理不当，易出现流砂、管涌等现象。

③ 洞身位于中压缩性的残积层及全风化、中等风化基岩中，局部洞顶有砂层，风化岩遇水极不稳定，砂层顺渗流方向易运移。

④ 地层物理性质试验及X射线衍射结果表明：地层含水量较大，含砂较多，多呈松散状态。地层中普遍存在石英，地层倾向于散粒体，开挖施工排水时渗流易冲刷夹带粉细砂粒，

造成地层变形过大，

对工程极为不利。

⑤ 地层微结构电镜扫描(如图7所示)表明：地层中粉砂颗粒组成不均匀，粒径0.005～0.05 mm，松散，少胶结物，横断面有大至0.05 mm左右的空洞，遇水渗流时，细小颗粒易被带走充填空洞，引起地层位移；砾砂颗粒以0.06 mm左右为主，另有更大颗粒，纵断面结构显示有较大空隙，约0.3

mm。

(a) 中砂

(b) 砾砂

图7 地层微观结构电镜扫描图

Fig.7 Stratum microstructure pictures by scanning with

electron microscope

从工程勘察和土性实验研究可以发现，深圳地铁地表塌陷事故发生段隧道工程范围内，地层松散，含水量大，且存在空洞。隧道上覆地层中含有厚度

6.2～7.8 m的砂层，其上存在厚2～4 m流动状态淤泥质粉土，稳定性极差；其下为软塑粉质黏土，遇水极易软化，特别是里程SK1+419.7～SK1+500.0段黏土层厚度仅为0～2 m，隧道开挖时极易造成工作面大量涌水，使浸水软化的洞身围岩丧失自稳能力，导致工作面失稳。

从两次地表塌陷的过程来看，均伴随着涌水涌砂，可见动水压力作用是地表塌陷发生的重要诱因。根据前述分析的地表塌陷机制，在该地层条件下施工，当开挖高度不大于2.22 m时，上覆地层可以形

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成压力拱，但在此类地层条件下，压力拱的稳定性较差，在突发性因素作用下，极易失稳破坏；当开挖高度大于2.22 m时，上覆地层中上一级压力拱破坏后，如不采取有效地地层加固措施难以继续形成下一级压力拱，在施工扰动作用下，极易导致地下水的渗流方向突变，垂直方向渗透动水压力迅速增加，使透水性强的砂性土突然液化，形成涌水流砂，上覆地层失去支撑处于临空状态，导致地面的迅速塌陷。由此可见，在该地层条件下施工，具备了发生地表塌陷的客观条件。

(2) 施工情况分析

两次地表塌陷除与地层条件较差有关外，均与现场施工有直接关系：

① 施工中地质超前预报工作不到位，对可能发生的情况预测和认识不足，两次地表塌陷分别位于旋喷止水加固区(SK1+419.7～SK1+429.7)和洞内深孔注浆加固区(SK1+431.9～SK1+441.9)边界处，若在旋喷止水加固区内预留一定的保护距离，做好超前地质预报，并针对地层条件及时采取有效地施工技术措施，完全可以避免两次地面塌陷事故的发生。

② 洞内深孔注浆加固的范围不够，同时洞内注浆的注浆孔间距较大，造成浆液扩散后不能有效交接形成止水环，未能达到止水的目的，也无法有效地加固地层；另一方面，隧道设计采用超前小导管注浆，但是由于地下水丰富，水压较大，地下水渗漏严重，超前小导管注浆没有达到预期的效果，从而导致工作面局部出现管涌淘蚀现象，并发展到涌水、涌砂，在动水压力作用下使地层中压力拱结构迅速破坏并无法形成下级压力拱进而造成地表塌陷。

③ 仅对隧道上方的路面进行了沉降监测，未对深部地层沉降实施监测，因路面本身也是一种结构，具有一定的强度和刚度，当路面下方地层发生大变形与路面脱开时，路面仍保持较小变形和相对稳定，因此对路面结构监测无法准确判断其下方地层的真实运动动态，从而错过了采取措施避免地表塌陷事故发生的宝贵时间。

4 地表塌陷控制措施及其应用

4.1

地表塌陷控制措施

根据对松散富水地层中隧道施工引起地表塌陷的机制和原因分析可知，采取地层预加固措施并及时进行隧道支护是避免地表塌陷的重点和核心。

(1) 工作面无支护空间是影响地表塌陷的重要因素，因此，在施工中应尽量减少无支护空间，并针对此空间施作预支护结构，是避免地表塌陷的前提条件[10

～12]

。

(2) 由于土体的松软及蠕变特性，地层中压力拱结构的失稳还受到时间因素的影响，因此在隧道施工中当小范围的塌方出现时应及时处理，以促成下一级压力拱的形成和稳定[13，14]

，避免造成更大范

围的塌方和地表塌陷。

(3) 施工中涌水流砂是地表塌陷的重要诱因，因此，在施工中应特别重视地下水处理，可通过注浆或旋喷等方式进行有效堵水，避免涌水流砂造成隧道塌方和地表塌陷。

(4) 对软弱松散地层特别是含水砂层，或地层中存在不良地质体时，应采取有针对的地层加固措施，以维持地层压力拱的稳定或促进地层压力拱的形成，从而保证施工安全。

(5) 鉴于地层压力拱结构的失稳多是由拱脚的破坏引起，因此拱脚的变形和破坏应是隧道施工中监测和控制的重点，遇有砂层，尤其是已经发生塌方的地段应加强隧道两侧和前方地层的注浆加固和支撑，同时对初期支护背后及时补充注浆。

(6) 地表塌陷往往具有突发性，塌陷之前地表通常无明显沉降，因此在易发生地表塌陷地段应进行地层深部位移监测，并加强洞内监测，以便对地层沉降作出准确的预报，有塌陷预兆时及时处理，从而避免地表塌陷的发生。 4.2 地表塌陷控制措施的应用

该地铁隧道在后期施工中，结合地层条件和现场施工情况，主要应用了以下技术措施：

(1) 通过超前钻孔探测掌子面前方地层情况，根据探测结果，在里程SK1+445～SK1+473段采用地表垂直旋喷加固地层，里程SK1+473～SK1+600段第一台阶进行全断面注浆等辅助施工技术措施，对地下水进行封堵并对地层进行加固。

(2) 隧道超前支护调整为4.5 m(3～4榀打一次)和2.0 m(每榀都打)的φ 42 mm注浆小导管，通过长短结合的方式对地层进行超前预加固。

(3) 初期支护格栅间距调整为500 mm，以缩小

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开挖步距，降低隧道工作面无支护空间，并减少每一循环的时间，同时提高初支强度和刚度。

(4) 在每榀钢架拱脚处设φ 42 mm锁脚注浆锚管，长3.5 m，第一台阶每侧设两根，第二、三台阶

每侧设一根，并注水泥–水玻璃浆液，以加固拱脚。

(5) 施工中加强洞内和地表监测，加密测点和减少监测时间间隔，并在里程SK1+487处布设主监测断面，进行地层分层沉降、分层水平位移和水位监测，以全面反映隧道上覆地层的移动和变形规律。

通过采取上述技术措施并更换施工人员后，里程SK1+445～SK1+473段旋喷加固后地层强度得到了提高，隧道拱顶渗水量明显减少，长短结合的注浆小导管预加固后掌子面稳定情况良好，锁脚注浆锚管作用显著，后期隧道开挖顺利，未出现大的塌方和地表塌陷事故。里程SK1+473～SK1+600段，在没有进行地表旋喷而仅实施第一台阶全断面注浆的前提下，隧道开挖亦没有出现问题，究其原因，主要是因为超前小导管施工到位，注浆加固和堵水效果显著所致。

由图6可知，除SK1+420洞门位置隧道穿越砂层外，SK1+487里程处存在断层破碎带，亦存在砂层，且为汇水槽，地质条件最差，但地表塌陷却没有发生在该位置，说明浅埋暗挖法施工时对施工原理和工艺的掌握及相关措施的落实是十分重要的，如果现场技术人员和施工人员对能够深刻理解浅埋暗挖法的基本原理，并切实贯彻18字方针，即“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”[15]，就能够保证施工安全，并可以避免地表塌陷事故的发生。

5 结 论

(1) 浅埋隧道上覆地层中存在压力拱，在一定条件下，压力拱的范围随着隧道开挖高度和跨度的增加而增加，即某一级压力拱破坏后将形成新一级压力拱，但当隧道开挖到一定高度和跨度时，将形成临界压力拱，其破坏后将不再形成新一级压力拱，在隧道无支护或支护不力条件下，将发生地表塌陷。

(2) 工作面无支护空间是造成地表塌陷的重要

因素，在施工中应尽量减少无支护空间，并施作超

前预支护结构，限制上覆地层的变形和移动，以维持压力拱的稳定或促进压力拱的形成，当无法形成稳定平衡的压力拱时，在可靠的超前支护条件下也能维持上覆地层的稳定，从而避免地表塌陷的发生。

(3) 压力拱结构的失稳还受到时间因素的影响，因此在隧道施工中，当小范围的塌方出现时应及时处理，通过注浆或施做临时支撑等技术措施对拱脚进行及时有效地加固，以促进压力拱的稳定，避免造成更大范围的塌方和地表塌陷。

(4) 施工中涌水流砂是地表塌陷的重要诱因，在施工中应特别重视地下水处理，并对地层进行有效地加固，是避免隧道塌方和地表塌陷的重要措施。

(5) 做好超前地质预报，在易发生地表塌陷地段应进行地层深部位移监测，并加强洞内监测，有塌陷预兆时及时处理，为避免地表塌陷发生争取宝贵时间。

(6) 现场人员若能深刻理解浅埋暗挖法的基本原理，并切实贯彻“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”的18字方针，就能有效避免地表塌陷事故的发生。 参考文献(References)：

[1] 阳军生，刘宝琛. 城市隧道施工引起的地表移动及变形[M]. 北京：

中国铁道出版社，2002.(YANG Junsheng，LIU Baochen. Ground surface movement and deformation induced by urban tunnel construction[M]. Beijing：China Railway Publishing House，2002.(in Chinese))

[2] 王梦恕，刘招伟，张建华. 北京地铁浅埋暗挖法施工[J]. 岩石力学

与工程学报，1989，8(1)：52–61.(WANG Mengshu，LIU Zhaowei，ZHANG Jianhua. The boring excavation method and construction in Beijing metro[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，1989，8(1)：52–61.(in Chinese))

[3] 李二兵，王 镝，王 源，等. 城市复杂条件下浅埋大跨双连拱隧

道施工变形监测与控制[J]. 岩石力学与工程学报，2007，26(4)：833–839.(LI Erbing，WANG Di，WANG Yuan，et al. Monitoring and control of construction deformation of urban shallow-buried large-span double-arched tunnel under complex condition[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，2007，26(4)：833–839.(in Chinese))

[4] CHOU W I，BOBET A. Predictions of ground deformations in shallow

• 3608 • 岩石力学与工程学报 2007年

tunnels in clay[J]. Tunnelling and Underground Space Technology，2002，17(1)：3–19.

[5] 张顶立. 城市地铁施工的环境安全风险管理[J]. 土木工程学报，

2005，38(增)：5–9.(ZHANG Dingli. Enevironmentai safety risk management of urban subway construction[J]. China Civil Engineering Journal，2005，38(Supp.)：5–9.(in Chinese))

[6] 施仲衡，张 弥，王新杰，等. 地下铁道设计与施工[M]. 西安：

陕西科学技术出版社，1997.(SHI Zhongheng，ZHANG Mi，WANG Xinjie，et al. Design and construction of subway project[M]. Xi′an：Shaanxi Science and Technology Press，1997.(in Chinese))

[7] 钟桂彤. 铁路隧道[M]. 北京：中国铁道出版社，1995.(ZHONG

Guitong. Railway tunnel[M]. Beijing：China Railway Publishing House，1995.(in Chinese))

[8] 贺可强，王 滨，万继涛. 枣庄岩溶塌陷形成机制与致塌模型的

研究[J]. 岩土力学，2002，23(5)：564–569.(HE Keqiang，WANG Bin，WAN Jitao. Study on forming mechanism of Zaozhuang karst collapse and collapse model[J]. Rock and Soil Mechanics，2002，23(5)：564–569.(in Chinese))

[9] 王 滨，贺可强. 岩溶塌陷临界土洞的极限平衡高度公式[J]. 岩土

力学，2006，27(3)：458–462.(WANG Bin，HE Keqiang. Study on limit equilibrium height expression of critical soil cave of karst collapse[J]. Rock and Soil Mechanics，2006，27(3)：458–462.(in Chinese))

[10] 孔 恒. 城市地铁隧道浅埋暗挖法地层预加固机制及其应用研

究[博士学位论文][D]. 北京：北京交通大学，2003.(KONG Heng.

Study on mechanism of stratum pre-reinforced and its application to shallow tunnels construction method in urban subway[Ph. D. Thesis][D]. Beijing：Beijing Jiaotong University，2003.(in Chinese)) [11] 马 涛. 浅埋隧道塌方处治方法研究[J]. 岩石力学与工程学报，

2006，25(增2)：3 976–3 981.(MA Tao. Treatment method for collapse treatment of shallow-buried tunnel[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，2006，25(Supp.2)：3 976–3 981.(in Chinese))

[12] 关宝树. 隧道工程设计要点集[M]. 北京：人民交通出版社，

2003.(GUAN Baoshu. Key points in tunnel designing[M]. Beijing：China Communications Press，2003.(in Chinese))

[13] 张顶立，王梦恕，高 军，等. 复杂围岩条件下大跨隧道修建技术

研究[J]. 岩石力学与工程学报，2003，22(2)：290–296.(ZHANG Dingli，WANG Mengshu，GAO Jun，et al. Research on construction technology of large span tunnel in complex rock[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，2003，22(2)：290–296.(in Chinese)) [14] 吕 勤，张顶立，黄 俊. 城市地铁暗挖施工地层变形机制及控制

实践[J]. 中国安全科学学报，2003，13(7)：29–34.(LU Qin，ZHANG Dingli，HUANG Jun. Mechanism of stratum deformation and its control practice in tunneling urban subway at shallow depth[J]. China Safety Science Journal，2003，13(7)：29–34.(in Chinese)) [15] 王梦恕. 地下工程浅埋暗挖技术通论[M]. 合肥：安徽教育出版社，

2004.(WANG Mengshu. Theory and technology of shallow-buried tunnel excavation[M]. Hefei：Anhui Education Press，2004.(in Chinese))