关于隧道施工诱发的地面塌陷灾变机制及其控制分析

2016-04-10秦彬

四川水泥 2016年3期

关键词：灾变空洞管线

秦彬

(四川川交路桥有限责任公司隧道分公司)

关于隧道施工诱发的地面塌陷灾变机制及其控制分析

秦彬

(四川川交路桥有限责任公司隧道分公司)

隧道工程施工人员在施工过程中，往往会引发地面塌陷的现象。不仅对施工人员的安全也会造成威胁，对周围居民的正常生活以及生产也造成了影响。本文简要分析了隧道施工引发地面塌陷灾变的机制，同时介绍管理地下管线、处理不良地质两种方法，以期避免施工人员在挖掘隧道过程中引发地面塌陷。

隧道施工；地面塌陷；灾变机制；控制

如今，城市化发展愈发迅速，因此，也需要挖掘更多的隧道。然而，施工人员在实施隧道开挖工程时，往往会引发地面塌陷事故。地面塌陷事故对城市居民的生产以及生活具有很大威胁性，由于其发生较为突然，且波及范围较大，所以需要格外注意。这便要求施工人员熟练掌握隧道施工技术，从而避免隧道施工引发地面塌陷灾变，对城市发展造成阻碍。

一、隧道施工引发地面塌陷灾变的机制

（一）隧道施工直接引发的地面塌陷

依照普氏理论来看，若隧道施工目标区域的土壤是由具有粘着力的松散土质组成，则施工人员开挖隧道之后，若没有搭建支护措施，隧道围岩自内而外便会出现失稳或是稳定性下降的现象。此时，若隧道顶部与地面的距离足够大，隧道虽然会出现塌方现象，但到一定高度之后，围岩便会呈现压力拱状，从而使围岩达到自然平衡，而土体也不会继续受到破坏。但该理论有一定适用范围，若隧道埋深较浅，便无法形成压力拱，具体条件如下：

h ah*

上式当中，h代表隧道拱顶与地面之间的距离。h*代表普氏定理适用的高度。而a则代表有效高度内的影响系数，通常情况下，取值为2至2.5内。

适用普氏理论对地面塌陷灾变进行分析，可以得出隧道挖掘工作引发地面产生塌陷的形成机制。施工人员在实施隧道开挖作业时，往往将开挖工作分为多个步骤进行。施工人员需先开挖小断面，之后逐渐形成大断面。不设立支护措施的状态下，施工人员若仅进行小断面的开挖工作，压力拱高度以及拱顶与地面之间的距离之间符合公式：h ah*，地层较为稳定。当施工人员扩大开挖面积时，压力拱的高度也会随之增加，压力拱也会逐渐受到破坏，而当达到临界值之后，反而会形成新的压力拱。且后形成的压力拱，无论是高度还是跨度都高于原有的压力拱。但若拱顶与地面之间的距离以及力学参数不会因开挖变化而产生改变，则压力拱在受到破坏之后，难以形成新的压力拱，施工人员不设立防护措施，便会使拱顶与地面之间土壤失去稳定性，进而引发地面塌陷这一灾变现象。

（二）不良地质对隧道开挖工作的影响

所谓不良地质主要指地面中的空洞，所以，施工人员实施隧道开挖工作之前，需着重分析隧道施工过程中对空洞的破坏程度，避免因为空洞被破坏而引发地面塌陷灾变。事实上，由地层当中空洞所引起的地面塌陷现象的实质，是因为空洞受到破坏之后，空洞与地面之间的地层所形成的力学平衡被破坏，而空洞之所以受到破坏，其主要原因便是受到隧道施工的影响。如施工过程中，各类机械设备在运作时会产生震动，使得周围地层同样产生震动，空洞上方的土层会出现掉落的现象，使得空洞与地面之间的厚度逐渐变薄。最终压力拱被破坏，难以承受压力，导致空洞结构失稳，形成地面塌陷事故。

二、控制隧道施工引发地面塌陷的具体策略

（一）地下管线安全控制技术

针对隧道施工而言，地下管线至关重要，因此，施工人员必须确保地下管线的安全以及质量，以免管线发生渗漏现象，从而影响了施工现场的土质。施工人员可按照以下方式施工：

第一，施工人员需对施工目标区域所有管线情况有一定了解。施工人员需确认施工管线的埋设情况。但由于管道都埋设在地层当中，施工人员难以全面了解目标区域管线，所以，还需要结合施工图纸以及其他相关资料，完成地下管线确认工作。不仅如此，施工人员还应对目标区域的地下管线资料有所了解，施工人员可通过下述三种方式展开工作：开挖调查、实地调查以及物探调查，勘察过程中，施工人员需结合实际情况选择形影勘察方法进行工作，令探查效率有所提高。

第二，施工人员对管线实施加固以及保护。施工人员需先对管线的勘察结果进行全面分析，同时按照施工目标区域实际情况，结合具体施工工艺进行施工。施工之前，施工人员还需提前对管线的受力状态进行分析以及预测，同时综合管线的功能、埋设时间、构造以及材质等多方面内容，按照设定的控制标准，全面考量现有管线的安全性，同时设定合理且科学的管线变形控制标准，从而达到确保施工过程中管线安全的目标。若部分管线在施工过程中出现渗漏问题，则施工人员需及时对该问题进行处理，加固地下管线。除此以外，部分管线难以符合施工需求，所以施工人员在施工之前，便需先对管线进行加固，避免管线发生变形，使其抗变形能力有所提高。

第三，采取合理的监测方式。通常情况下，施工人员较为常用的监测方式主要以两种方法为主：直接测点以及间接测点。所谓直接测点指施工人员借助埋设装置，直接获取管线的沉降数据。若施工人员采用该方法进行监测，需先开挖管线之上的土层，同时布置测点，但因为施工难度较大，加之施工现场各方面较为混乱与复杂，所以该方法基本难以实现。施工人员可使用综合的管线监测方式。具体操作方式如下：首先，施工人员选定部分相对重要的管线，且于相同点位中布置直接监测点以及间接监测点。同时将理论分析以及实际监测结果相结合进行分析，获取相同点位处，直接以及间接测点所获得数据之间存在的关系，同时根据分析结果，确认管线的真实沉降数据，从而达到监测的目的。

（二）不良地质处理技术

地面塌陷灾变现象产生的主要原因，便是地质问题。因此，施工人员需更为注重对不良地质的处理，掌握相关技术。具体分为两步骤工作：其一，施工人员需完成不良地质体的超前探测工作。其二，针对探测结果中显示的不良地质体，进行改善以及加固。施工人员应按照如下方式对不良地质进行处理：第一，对施工目标区域进行超前探测，确认目标区域内不良地质所属类型。第二，针对松散区域、含水量较大区域或是含有空洞的区域，施工人员应选用不同的处理方式。如：针对土质较为松散的区域，其松散的土壤大多分布于回填区域以及杂填区域，埋深相对浅，施工人员需向内注浆，以达到加固的目的。而针对含水量较大的区域而言，出现这一现象的主要因素是由于土层中含有滞水，或是管线存在泄漏现象。施工人员处理过程中，需先确认区域内是否含有补给水源，若存在，施工人员需对其进行封堵。若滞水的形成原因为雨水或是污水渗漏所致。施工人员则需先对管线实施清洗工作，保证管线清洁。若将滞水清理之后，地质依旧不利于施工，施工人员则应向土层当中注浆，以改善土层质量。