深圳暗挖隧道典型地层坍塌分析及处理技术

深圳暗挖隧道典型地层坍塌分析及处理技术

作者：陈瑜

来源：《城市建设理论研究》2014年第02期

摘要：本文结合深圳特有地层情况，分析了隧道坍塌形成的原因，叙述了隧道坍塌的一般处理措施，介绍了不同部位采取不同处理方案的思路。提出采取超前地质预报、通过注浆提高围岩自支护能力等手段预防隧道坍塌。 关键词:隧道；坍塌；处理；超前预报 中图分类号：U458文献标识码：A 引言

隧道塌方是隧道施工中，拱部范围岩石（或岩体）由于重力作用向下崩落的一种不良地质现象。在深圳地铁暗挖隧道施工过程中，坍方是常见的不良地质现象、完全避免隧道坍方，在目前施工条件下较难绝对实现，本文以深圳地铁兴留区间2号风道施工实例为基础，探讨深圳浅埋暗挖隧道典型地层坍塌原因及处理对策。 1概述 工程概况

深圳地铁5号线兴留区间2号风道位于深圳留仙大道北侧，其竖井及横通道作为永久风井风道兼做施工竖井及施工横通道，横通道与区间隧道正交，风井深40.103m，风道拱顶埋深23.477m。风道结构为两个分离双层单洞形式，风道之间设置单层风道进行连接，同时跟随所单独设置在单层暗挖通道内，共计7条各自独立并相互联系的暗挖隧道，全长126m，如图1所示。

图1 兴留2号风道纵断面图 工程地质

深圳地铁5号线兴留区间风道为地下浅埋，隧道范围主要为砂质粘土层及风化岩地层，为特征明显的上软下硬复杂地层。地层普遍富水且透水性强，隧道上部围岩自稳能力极差，而下部则需进行爆破作业。

该风道地层特点复杂，一定程度上可代表深圳浅埋暗挖隧道地层普遍特性。 2造成坍塌的原因

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在该风道施工过程中，隧道拱顶或侧帮多次出现坍塌险情，下图为曾发生的坍塌实例照片。

图2 兴留2号风道拱部出现坍方

根据现场施工现状及地层特点，分析引起隧道坍塌的原因主要有以下几方面：

地质条件差，隧道周边土体变形初期速率高，变形趋于稳定的时间长，导致在初支封闭成环后，土体依然发生变形，超过了初期支护的变形允许量而出现了变形开裂；

对于上软下硬地层隧道，在上部土层初支完成后，下部硬岩爆破处理过程中，上部支护易受爆破振动影响发生较大的变形；

深圳地区地下水丰富，地下水补给、径流、排泄条件较好。隧道开挖后，地下裂隙水以隧道掌子面或其他漏水点为漏斗中心汇集，从而增大了周边土体对初期支护的压力，其变形大于柔性支护的允许变形而使初期支护开裂；

隧道在设计前对地质勘察不是很详细，对隧道所在区的地质情况了解不清，对可能的复杂施工地质情况估计不足，采取类比法进行设计时对不稳定围岩有效合理的初期支护缺乏适应性，致使支护参数与围岩变形不能相匹配，如锚杆的长度偏短，锚固范围过小，未能达到支护稳定围岩的作用，而最终导致较大变形的发生而破坏初期支护；

施工时开挖控制管理不严或测量错误，造成隧道超欠挖严重。超欠挖使隧道表面变得极不平整，超欠挖引起的应力集中超过了允许值，于凹凸处形成局部应力高度集中的弱点，欠挖处的应力可达初始应力值的几倍乃至十几倍，造成隧道初期支护被破坏。

隧道施工过程未严格按方案或技术交底施工，出现拱架连接质量不达标、上下台阶错开距离太长及锁脚锚管打设不规范等具体工艺问题，也是引起隧道初支沉降变形的主要原因。 3处理塌方的措施

隧道塌方发生后，需及时进行处理，一般从防止坍塌方范围扩大及加固处理塌方体两个方面进行。

防止坍塌方范围扩大

在坍塌方范围顶部、侧壁的危石及大裂缝，应先行清除或锚固； 对坍塌方范围前后原有的支护进行加固，以防止坍塌方扩大； 在坍塌方范围内架设支撑或喷射混凝土，必要时加设锚杆；

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加快衬砌。施作仰拱，如条件允许对坍塌方两端尽快做好局部衬砌，以保证坍塌方不再扩大。

处理坍塌方的一般措施

如坍塌方体积小，可先对坍塌方范围进行喷锚，架设较为牢固的构件支撑，再由一端或两端先上后下逐步清除坍渣，随挖随喷混凝土、随架设支撑；

如坍塌方体积较大，或地表已下沉因坍体堵塞无法进入坍塌方范围进行支护，宜采用注浆先加固坍体，然后再进行开挖、衬砌； 处理坍塌方时，应先加强堵排水。 图3 兴留2号风道拱部坍方注浆加固后效果 不同部位分段处理方案

深圳地铁有的隧道坍塌具有面积大、坍腔高、掉块大、速度快的特点，应根据具体情况采取按不同部位分段处理的方案。如将现场分为加固段、坍空段、坍体段和过渡段等4个部分，每一部分处理方式不尽相同，总的思路是：对已做初期支护的未坍塌段进行加固，防止坍塌继续向洞口方向发展，也为坍塌处理提供安全空间；对坍空区架设密排格栅钢架，作为施工安全，同时挂网并喷射混凝土，并注浆填实；坍体段采用超前支护、分台阶、短进尺、强支护通过；通过坍塌段后，参照加强支护再设一段过渡段；另外在坍塌体和两端一定长度的过渡段，采用二衬厚度加厚的方式，以承受坍塌体的重力及围岩压力。 加固段

在初期支护的基础上，两榀格栅拱架之间再加设一榀格栅拱架，用钢筋将新老拱架焊接成整体。其次在拱顶采用超前注浆小导管对围岩进行注浆加固，小导管端部与格栅拱架焊接成整体，以防止坍塌继续向洞口方向发展，同时也为后续坍塌体的处理提供安全作业区段。 坍空段

在已坍空区段采用机械纵向顶入架设型钢安全棚架，安全棚架就位后，在坍空区的初支开挖范围内堆码沙袋，并施工止浆墙封闭。用预埋的混凝土导管泵送大坍落度的C20混凝土，待混凝土达到强度后，再拆除止浆墙开挖。 坍体段

先对坍塌体喷射15cm厚C20混凝土封闭坍塌体表面，并在上弧导核心土范围内竖向布设Ф42小导管注浆加固，以防上弧导开挖时核心土失稳；

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沿拱部及边墙设置注浆小导管超前支护，第一循环施作时，从破坏里程后退1.0m沿支护轮廓线，以15°外插角打入，确保导管同第一榀格栅钢架连接良好，其余循环沿格栅钢架外轮廓打入。

采用挖掘机开挖，辅以人工加风镐凿除，上台阶开挖时，不能损坏核心土，以确保掌子面稳定。下台阶开挖时，上下台阶错不少于5.0m。

如果超前注浆达到预期效果，可采用环向压浆的方法来加固围岩。 过渡段

过渡段采用4.0m长、外插角为20°的注浆小导管进行超前支护，小导管纵向间距2.0m，环向间距0.3m；采用格栅钢架，间距0.5m，并采用间距1.0m的Ф25钢筋纵向连接；系统锚杆采用3.0m长Ф32锚管，环距1.0m，纵距0.5m，梅花形交错布置并与格栅拱架焊接成整体。

4隧道坍塌预防措施 超前地质预报

为了确保隧道施工安全，加快隧道施工进度，建议在施工中采用超前地质预报技术。超前地质预报技术包括隧道不良地质超前地质预报和重大施工灾害两部分。隧道施工地质灾害的发生，与不良地质的存在和施工辅助办法不当密切相关，主要是不良地质的存在。隧道不良地质的超前预报，依据预报距离分为长期和短期两种形式。

施工地质灾害邻近报警技术是在长期、短期超前地质预报的基础上进行的。该技术主要包括隧道内掌子面初步揭露的可以造成塌方的断层破碎带、岩溶陷落体和可以造成岩爆的围岩环境的准确鉴别技术，邻近水源体时的超前探水及其检测技术，包括塌方、突泥涌水、煤与瓦斯突出和岩爆可能发生的判断技术。 掌握坍塌前的第一手资料

坍塌发生是有许多前兆的，如岩体颜色的变化，钻进速度与回水量的大小及钻进感觉变化等，都是重要的第一手资料。所以一线工人应将有关信息及时反馈给技术管理人员，在下序施工时对开挖及初支参数进行调整，做到既保证有效进尺，又不破坏软弱围岩的应力平衡。 有下述现象发生时：①围岩量测所反映的围岩变形速度急剧加快；②围岩面不断掉块剥落；③初期支护喷射混凝土表面龟裂、裂缝或脱皮掉块，拱架严重变形，应先撤出工作面上的施工人员和机械设备，指定专人观察和进行加固处理。 隧道应力坍塌的预防

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由于隧道应力引起的坍塌具有极大的破坏性，在施工中应采取各种有效手段进行详细地质调查，尤其是对地质构造和隧道上方的调查，因为应力地段上方的破坏性远大于前方的破坏性，而且具有突发性。

开挖对围岩扰动的影响程度是引发应力地段应力释放的导火索，开挖断面是应力释放的临空面，决定了应力释放引起的破坏规模，所以在施工中采取小断面、短进尺、强支护是避免突发性地质灾害的有效手段。

应力岩体地段采取劈裂注浆加固围岩是一种有效的预防坍塌方法，通过对应力围岩注浆增加其稳定性的同时，在一定程度上释放了围岩应力。 提高围岩自支护能力

根据国内外施工经验，提高围岩自支护能力是控制围岩的松弛和坍塌的基本方法，其原则是：稳定掌子面、及时封闭断面和加固地层等。实际施工中，多采用超前深孔注浆加固的形式改善围岩。 5结语

隧道坍塌对工程的安全、进度和效益等方面影响巨大，施工中需准确把握隧道掌子面地层动态，分析可能导致塌方发生的各类原因，做好预防工作。而一旦塌方已经发生，则需做到及时有效的处理措施，控制事故发展，将损失降到最低。 参考文献：

[1]俞文生，彭蓉蓉.九岭山高地应力板岩隧道坍塌处理技术[J].公路隧道,2008第3期 [2]关书宝.隧道工程施工要点集[M].人民交通出版社,2003. [3]王利民.预防隧道塌方的技术措施[J].山西交通科技,2007,(4) [4]王培义.隧道塌方原因分析及预防[J].山西建筑,2007,(20) [5]朱慧.浅谈隧道塌方处理[J].科技传播,2010,(12) [6]蔡明珠.浅谈隧道施工塌方与处理[J].北方交通,2006,(12)

[7]秦辉辉,赵占厂,李晓博.某公路隧道塌方原因分析及处治方案研究[J].公路,2013,(1)