赵峻
(上海隧道工程有限公司，上海200032)
摘要：浅埋暗挖法足城市内隧道-程中一种常用的施工方法，但由于工程水文地质条件的不确定性和施工环境的复杂性，使得浅埋暗挖法地下工程施工存在许多风险。如果施丁工不当，容易导致隧道坍塌。以紫之隧道工程工标暗挖施工坍塌处理为例，对引起坍塌的原因进行分析，归纳坍塌隧道修复以及预控应对措施，对浅埋暗挖城市隧道工程塌陷修复和预防具有一定的指导意义。
关键词：浅埋暗挖；坍塌；修复；预控
中图分类号：U458.3文章编号：1004-4655( 2016) 03-0054-04
近年来随着我国经济和社会的快速发展，城市地铁隧道、公路隧道等地下工二程越来越多，许多地下工程需要穿越建（构）筑物、城市主干道或地质条件复杂地层，盾构施工技术和暗挖施工技术已被广泛采用。但浅埋暗挖法施工在软弱富水地层施工中面临的安全风险也越来越严峻，在隧道工程施工时造成坍塌事故的教训不少，本文结合紫之隧道工程案例对坍塌隧道处置和修复技术进行总结，提出预控措施。
1工程概况
1.1地理位置
紫之隧道（紫金港路一之江路）工程双向4车道，为机动车专用隧道，_工程南起之浦路，下穿五浦河、之江路、梅灵南路后进人山体向北延伸。工程地理位置见图1。
全线避绕西湖风景名胜区，出蔡国忠山后下穿西溪路、天目山路、沿山河，出地面后接既有紫金港路，设置1对匝道与之江路、西溪路相接。线路全长约14.4 km，其中隧道长约13.9 km。
紫之隧道工程土建第1标段穿越之江路、梅灵南路段至山岭隧道之间，全长750 m。浅埋暗挖法分别采用CRD法和台阶法施工（见图2、图3）。
1.2施工概况
本工程1标段隧道顶覆土7~ 14 m，紫之隧道工程浅埋暗挖隧道穿越之江路段约250 m，隧道开挖断面位于⑤淤泥质粉质黏土、⑥含黏性土碎石土层，呈饱和软流塑状，围岩类别为VI级。采用地表垂直旋喷加同，小导管超前支护，CRD 工法施工。
穿越之江路后，隧道开挖面处于@k1c-1全风化泥质粉砂岩、⑧k1c-2强风化泥质粉砂岩、
⑥k1c：一中风化泥质粉砂岩土层，围岩类别为V级。采用小导管超前支护，台阶法施工。
由于隧道左侧紧靠五浦河，且之江路地表以下7m范围内为杂填土，隧道顶部地下水相当丰富，对隧道开挖施工影响相当大，施工期间发生过2次较大的隧道坍塌险情，引起地表塌陷。
2坍塌描述及原因分析
2.1坍塌经过
浅埋暗挖东线隧道施工至K1+207处（位于云栖海航酒店绿地地下），采用小导管超前支护台阶法施工。开挖过程中掌子面较为稳定，但隧道顶部渗水现象较为明显。洞内在K1+189处进行初支二台阶支护施工，开挖线左侧岩层为全风化泥质粉砂岩，岩层较为松散夹有含黏性土碎石，在初衬混凝土喷射过程中，该处拱顶出现初支混凝土掉落现象，拱顶伴有渗水并持续增大，险情有逐步增大趋势，施工单位迅速组织洞内作业人员紧急撤离，随后隧道内拱顶支架坍塌，引起地面塌陷，隧道坍塌里程K1+184~K1+207，地表塌陷面积约为35 m×25 m
（见图4）。
2.2坍塌原因分析
紫之隧道工程1标段地质较差，属于软弱破碎岩层，全线地下水丰富，隧道拱顶处于含黏性土碎石层、全风化泥质粉砂岩变化地段，遇水容易软化，围岩白稳能力较差，无法在拱顶地层形成稳定的压力拱。开挖过程中拱顶容易掉块，地层损失引起拱顶和地表沉降较大。
坍塌段隧道正好位于云柄海航酒店绿化带，地势较低，为汇水区。隧道上方有酒店雨水、污水、自来水管道。由于施工产生的沉降不可避免在地层内产生渗漏通道，引起隧道拱顶渗水土体软化。
坍塌段正好处于开挖施工工艺调整阶段，开挖从三台阶转为四台阶工法，初衬封闭成环有所滞后，该段拱架受力处于最不利状态，加上拱顶渗水加剧初支变形的发展，导致初支体系失稳。
3坍塌段修复
3.1总体流程
根据地表沉降数据和坍塌范围，以及洞内施工情况，并考虑土体松动效应，塌陷区段处修复范围拟定为K1+175~K1+207。为使洞内尽快恢复施工，确保塌陷段后续施工的安全顺利，制订了修复的总体流程（见图5）。
3.2修复过程
塌方区域的修复过程见图6—图7。
3.2.1素混凝土回填措施
在塌方区域内进行C20素混凝土回填，浇筑高度约为1.5 m，控制该层素混凝土距离地面高度为7m，对塌方区域的边坡铺设钢筋网片，其混凝土的浇筑和钢筋混凝土板一起，形成混凝土护坡。
3.2.2钢筋混凝土回填措施
在已经完成素混凝土面层上，按1m的间距，沿隧道轴线方向铺设I18工字钢。在工字钢间进行钢筋绑扎，使钢筋和工字钢连接形成钢筋网，浇筑厚1.5 m的钢筋混凝土板。
在隧道边线按照1m间距均匀放置PVC管，作为隧道边线加同的钢管桩预留孔用，同时在隧道塌方区域内按照2mx2m的间距放置PVC管，作为隧道拱顶注浆孔管。
3.2.3地表注浆加固措施
在地表回填区域K1+180~K1+205处打设注浆孔，梅花型布置孔间距为2mx2m，注浆深度为11~18 m，至原开挖中台高度，对钢筋混凝土板和拱顶之间的扰动土体和洞内坍塌土体进行注浆加固。
注浆加同浆液为双液浆，水泥浆与水玻璃的比例为1：1，水泥浆比重控制在1.5~1.6，注浆提升速度在隧道洞内为每5 min提升50 cm，在隧道拱顶上方的土体内每5 min提升30 cm。
双液浆注浆压力P极限压力值满足式(1)：
3.2.4隧道两侧加固措施
对东线隧道K1+180~K1+205边线两侧1m外打设钢管桩，钢管桩直径为108 mm，钢管桩间距为0.6~0.8 m，钢管桩深度至隧道腰线以下1 m，深度控制为11m~18 m。
钢管桩打设完成后，在钢管桩内压入水泥单液浆液，增大钢管桩的刚度，提高隧道两侧围岩的自稳能力。钢管桩打设横断面示意图见图8，钢管桩打设深度位置示意图见图9。
3.2.5洞内处理
K1+127~K1+175隧道内涌入土体估计约3 000 m3，清理前先对下半部土体预加固。加固工艺采用双液浆，每隔5m布设1排注浆孔，水平间距为2m，梅花型布置。K1+127～K1+175洞内涌土注浆加固见图10。
3.2.6洞内水平加固措施
对修复段开挖拱顶、两侧1 m范围内进行水平WSS注浆超前加同，范围从K1+175~K1+207，
分3段进行，每段长度为12 m，搭接长度为2m。拱顶以下2m范围内，按50 cm×50 cm间距梅花型布置3排。浆液采用双液浆，注浆压力控制在1~2 M Pa，浆管回抽速度为每5 min后退50 cm。洞内水平注浆加同示意图见图11。
3.2.7洞内开挖支护措施
K1+175~K1+207段的水平加固完成后，先采用地质雷达对K1+185之后掌子面进行超前
地质预报，确认前方掌子面的土体土质为淤泥质黏土，未发现明显空洞及无大规模地下水体。
K1+180～K1+210区段超前地质预报雷达图见图12。
修复段施工采用台阶法加临时中撑支护进行开挖，开挖步距为50 cm，采用四台阶，各台阶的间距控制在5m内，初期支护成环距掌子面小于20 m。
对超前小导管进行加密处理，小导管长3.5 m。每榀拱架打设超前小导管并注浆，提高拱顶周边土体的自稳能力，注浆压力控制在1~2 M Pa。
在开挖过程中，一台阶拱架完成后，在一台阶核心土上布置临时竖撑，保证竖撑底部落脚密实。临时竖撑从掌子面退后10 m，在三台阶左右拱架完成后，拆除临时中撑。
3.2.8修复效果
在完成地面各项预加固措施后，对洞内塌方土体进行垂直注浆加固和清理，清理过程中土体自立性良好。从K1+083进入塌陷区修复工作，掌子面和拱顶土体加固效果良好，按照台阶法加临时中撑严格控制开挖步距，及时初支封闭成环。整个塌陷区修复工作用时20 d，开挖过程拱顶日沉降量最大2.8 mm，初支封闭成环后累计沉降量最大为29 mm，安全完成塌陷区修复工作。地面注浆掌子面浆脉见图13，修复完成洞内效果图见图14。
4隧道坍塌预控措施
近年来国内浅埋暗挖隧道工程因地质恶劣或施工不当造成的类似隧道塌方、地表坍塌案例比较多，虽然这类事故往往具有突发性、不可预计性，但是通过对这些工程案例的总结分析，找出一些共性因素，从而采取相应的预控措施，可以有效避免工程风险和对城市环境的影响。
4.1坍塌预兆
坍塌预兆主要有以下几个内容：掌子面涌水、涌砂，引起开挖面失稳；拱顶沉降或地表沉降数据严重超出设计允许值，初支严重变形；初衬喷射混凝土产生纵横向裂纹或龟裂，伴随拱顶渗水、初衬掉块现象；隧道上方地表沉陷或建筑物倾斜。
4.2预控措施
4.2.1地表水、地下水处理
浅埋暗挖施工必须加强工程水文地质的调查分析，包括地面各类排水设施的基本分布。对于各类明水必须采取措施排出，防止地表水渗入、软化隧道周边围岩和掌子面。地下水采取降水或加固等措施，防止开挖过程中掌子面因涌水涌砂，或围岩遇水软化降低自稳能力。
4.2.2地层预加固措施
对于松散破碎地层或软弱土层，有条件的在地面实施预加固，既可以对掌子面前方土体起到加强作用，也可以对拱顶上方的土体充分加固，形成拱顶上方的压力拱，提高土层的自稳能力。
4.2.3预留核心土开挖
预留核心土是比较有效的稳定掌子面的方法，超前支护完成后，用小型挖掘机沿上台阶开挖轮廓线预留核心土进行掏槽开挖，严格控制台阶高度，用风镐或人工对欠挖部分进行开挖修整，随后立即喷射混凝土封闭，充分利用掌子面的空间支护效应。
4.2.4及时闭环和仰拱施工
严格控制掌子面到封闭成环的台阶长度在2倍的开挖直径内，避免上台阶过长，提高初期支护的承载能力。封闭成环后尽早浇筑仰拱混凝土和二衬，使衬砌闭合成环，确保工程安全。
4.2.5重视信息化施工
定期做好地质超前预报，针对各种异常情况提前采取措施。做好隧道内和地表变形监控量测工作，迅速反馈信息指导施工，及时处理存在的隐患，保证施工安全。
4.2.6“诱导式”塌方
“诱导式”塌方是近几年在高铁隧道工程提出的一种比较新的应急处理方法，主要指开挖过程中围岩已处于失稳状态，洞内或地表已无法采取有效措施的情况下，地面又无重要管线、构筑物，如果强行施工或应急处理可能造成更大的工程和人身安全风险，把设备和施工人员撤到安全位置，做好一定的安全措施，让隧道局部坍塌，在开挖范围内土层形成新的平衡后，再采取地面或洞内加固措施，以快速恢复施工的一种措施。
5结语
紫之隧道1标工程在埋深较浅的V级、VI级软弱围岩并富含地下水的地层进行浅埋暗挖施工，因围岩自稳能力较差，遇水易软化，隧道初支变形过大引起拱架失稳，导致隧洞坍塌、地表塌陷。据此，对浅埋暗挖隧道在开挖、支护、注浆、衬砌、排水等方面提出更高要求，针对引起隧道塌方、地表坍塌的主要因素必须采取相应的预控措施，这些是有效减少浅埋暗挖法施工坍塌风险的关键。
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