浅谈地铁暗挖隧道坍塌事故处理中综合施工

王培龙

摘要：随着城市地下工程的发展，地铁建设项目日益增多，采用综合施工技术来确保城市交通繁忙地段地下工程的安全，是当前地下工程的重要课题，也是对地下资源充分利用的基础。

关键词：地铁安全，综合施工技术，坍塌事故

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一、工程概述

某市某地铁工程标段是由两个车站和两个区间段共计四个单位工程组成，全长2479.1m。该标段车站采用明挖顺筑法施工，区间段采用盾构法施工。其中，暗挖区间隧道工程位于市区一主干路下11m～12m，所在地区为海积平原。地形平坦。隧道上方场地内管线已改迁完毕，但场地内仍存有废弃雨水、污水、路灯等地下管线管道。

1.工程地质水文情况

暗挖隧道范围地层由紊填土、中砂、砂质粘性土、砾质粘性土、全风化花岗岩、强风化花岗岩、中风化花岗岩和微风化花岗岩组成。岩石强度最大为145.5MPa，洞顶上覆砂质粘性土和中粗砂层。隧道洞身穿越位于全、强、中和微风化花岗岩层，中风化岩层侵入隧道右线2．27m，长度达80米。

本场地地下水按赋存条件主要分为基岩裂隙水与孔隙水。基岩裂隙水主要赋存在混合花岗岩强风化到中等风化层中，略有承压性；孔隙水主要赋存在第四系砂层、粘性土、残积层和加里东期全风化混合花岗岩中。地下水位埋深2.2～4.6m，水位高程0.37～2.38m，水位变幅0.6～2.1 m。地下水总的径流方向基本按照隧道掘进的反方向流动，汇流时间快且河流流程短，而且流域内地表植被破坏严重，造成洪水暴涨暴落的特点。

2.暗挖区间段设计与施工

隧道纵向坡度为2‰，为单洞双线隧道。隧道采用圆形断面，最大覆土厚度为11.5m，开挖断面半径为3.6m。因硬岩侵入隧道范围过大且长度有80m左右，左右线隧道最小净距为6.3m，所以对左右线隧道限界硬岩突出且长度65m范围采用矿山法成洞，盾构机空推管片拼装工法。矿山法施工范围内，施工采用上下台阶法对洞身两部开挖，且采取环向间距为300mm双排小导管超前注浆，小导管每隔一榀施作一环。初期支护采用格栅钢架、钢筋网片、C25喷射混凝土为底衬与水平工字钢横撑组成支护。为了保证盾构通过穿越过程中的安全，暗挖隧道与盾构区间过渡段10m范围由素混凝土回填进行全断面加固，二次衬砌由盾构机空推拼装管片。止水方案采用钢板桩止水帷幕，实施止水帷幕内管并降水，钢板桩距隧道开挖轮廓线外2.5m外，钢板桩伸至岩石面，施工过程中与施工完成后的土体变形监测没有发现有什么不正常。

二、坍塌過程及原因分析

2010年9月21日上午10：05分，采用盾构法施工的右线暗挖隧道中部出现裂缝，裂缝位置开始涌水涌砂，涌速快、涌量大及发展迅速，现场情况无法控制。10:10分地面突然沉陷，位于隧道上方的临时建筑垮塌。经过现场勘查，垮塌后形成长约40m×15m深坑，根据地质勘察资料，该暗挖瞄道拱顶有约5～6m的砂层，其上为4～6m的填石层，砂层及填石层渗透系数极强，为不良地质地层。由于事故发生前一天，受强台风所导致的强降雨影响，大量积水经隧道右侧上方一条管径1500mm的废弃雨水管涌出。地表集水及有压的地下雨水迅速向隧道上方低洼处汇集和渗透。并且暗挖隧道施工过程中也使着区域地质结构受到改变。在以上原因的共同作用下，使隧道上方形成一个非常饱和的泥水流塑体，随着地下水位不断升高，地下水严重冲蚀这个区域土体，使隧道周边地层应力产生不均衡，局部的高压应力导致隧道拱部右侧上方受力严重不平衡，从而致使初知结构局部迅速变形并产生环向撕裂。

为控制既有隧道管片变形和隧道偏移，为后续修复工程创造条件，对于右线，为防止坍塌范围下方隧道存在空洞，沿右线中线范围对洞体进行钻孔注浆回填，并对坍塌影响区域进行地质雷达空洞探测。对于左线，根据雷达探测结果对受右线坍塌影响区域范围进行注桨加固。为防止洞内雨水碴土继续大量涌入车站，在隧道内对坍塌面进行挂网喷浆后于坍塌面两侧，隧道周边植筋和浇筑混凝土施工做封堵墙，封堵墙后堆码砂包，将隧道坍塌段完全隔离。在保证安全的前提下进行对左右线隧遭内，对右线隧道内进行碴土清理及抽排水，采取型钢纵向加固及横向支护加固，并加强对周边建筑、管线及左线隧道的监测频率。

三、后续修复施工方案

为降低冲孔桩入岩施工对左线成型隧道管片影响。在左右线间设4排咬合搅拌桩及一排袖阀管，隔离左右线；基坑北侧设2排咬合搅拌桩及2排袖阀管来降低基坑开挖期间对管线及建筑的影响，冲孔桩间采用旋喷桩止水。对右线隧道采用明挖法进行修复施工。围护结构采用冲孔桩进行围护，桩间距1300mm，桩身满入岩深度1.5m，中风化2. 5m。为便于后续盾构施工，在基坑端头隧遭范围内设三排家硷桩，每排6根。

隧道拱顶以上3m至隧道底范围内采用C15砼砂回填，其余采用粘土回填，完成后进行盾构施工。基坑内采用三道支撑，第一道为50cm x 70cm钢筋砼梁体支撑，设于地表以下2m，支撑纵向间距6m；第二、三道为钢管支撑，分别设于地表下8m和12. 5m，支撑纵向间距4m。

四、结论

在类似工程事故处理中，为了防止险情进一步扩大，保证周边环境安全是关键，特别是对离坍坑距离较近的左线成型隧道保护。本标段右线隧道坍塌后，左线成型隧道曾出现过整体向右线偏移及局部管片变形或开裂等现象。经过对本次事故的处理，本文可以总结出如下内容。

隧道坍塌后，在抢险过程中应及时抽排隧道内积水，以防止未受损段隧道初支体系长期浸泡水中而发生二次坍塌。对于软硬不均地层，采取矿山法暗挖隧道提前处理硬岩，盾构机空推拼装管片通过的工法是可行的，左线隧道顺利施工完成已证明这一点。在洞内支护完成后，坍坑应及时回填，避免土体蠕动给近距离左线成型隧道带来偏压，造成变形偏移甚至是损坏。在隧道内施作封堵墙，可以起支护作用，防止变形隧道范围进一步扩大，同时还可有效分隔受损隧道与未受损隧道，防止坍塌碴上、泥水涌入车站，造成更大损害。在成型隧道侧采用明挖施工时，应在成型隧道与明挖基坑围护桩间进行土体加固，分隔成型隧道，降低明挖围护桩成桩过程对成型隧道的影响。左线成型隧道可以通过洞内型钢支护及管片后二次注浆加固，结合地表对隧道周边土体注浆加固的方式，控制成型隧道偏移与变形。盾构机在低标号混凝土中掘进拼装管片比在明挖基坑中直接拼装管片更能与外界紧急结合，形成整体受力。明挖基坑端部桩采用素混凝土桩，避免了基坑开挖到底时须对后构机穿越范围的围护桩钢筋混凝上的破除，利于盾构机掘进通过。加强施工监测，在施工监测单位的选择上慎重，对监测数据要及时进行分析，对监测数据变化异常的，第一时间采取最保守的控制措施。

参考文献

[1]梁劲毅,吴奇凌.软基处理水泥深层搅拌桩施工控制[J].山西建筑.

[2]关宝树.隧道及地下工程喷泥混凝土支护技术[M].民交通出版社，2009.

[3]宋秀清,刘杰主编.隧道施工，[M].人民交通出版社,2009.

[4]施仲衡,地下铁道设计与施工[M].陕西科学技术出版社,1997.

[5]北京市建设委员会.地铁暗挖隧道注浆施工技术规程[M].中国建筑标准设计研究院.2004.

[6]徐伟功,张建.地铁暗挖隧道坍塌事故处理中综合施工技术的应用[J]. 福建建设科技.2011.3