沈海高速公路路面塌陷成因及其经验教训

蔡永翔

（上海同是科技股份有限公司，上海 201100）

1 工程概况

1.1 区间总体概况

区间线路起于XX站后以1500m半径向北偏西偏转，途经海翔大道、沈海高速、集美北大道、规划纬一路后，线路又以反方向曲线向北偏东偏转，曲线半径350m，后至规划软件园地块，进入XX站，区间线间距12～15m，总 长1085.293m(右 线)/1092.501m(左线)，区间线路先以28‰的坡度下行至诚毅大街跨线桥前，后转而上行以27.996‰(右线)/27.760‰(左线)的坡度进入XX站，区间隧道最大埋深约26m，最小埋深约4m。区间垂直下穿沈海高速，隧道顶距高速公路路面高度为20.309m，高速范围里程为DK27+320～DK27+410共90m。区间隧道采用矿山法施工，标准段截面为单洞单线马蹄形断面，区间共设置竖井及横通道2处，另在最低点处设置1座泵站兼做联络通道。

1.2 沈海高速公路下部地质条件及周边环境

沈海高速公路下部从上往下地质条件分别为：＜1-2-1＞黏土质素填土、＜4-2＞淤泥质黏土、＜3-4-2＞粗砂、＜17-1＞全风化花岗岩，区间线路下穿沈海高速公路地质剖面图详见图1。沈海高速公路下穿段有一过水箱涵位于区间隧道右线上方，箱涵基础距隧道顶约16m，区间隧道左、右线与诚毅大街跨线桥主桥平行南北走向，均位于跨线桥内侧，侧穿桥梁桩基，桩径1.2m，区间隧道与诚毅大街跨线桥桩基的最小净距为3m，区间隧道下穿沈海高速公路平面示意图见图2。

图1 区间线路下穿沈海高速公路地质剖面图

图2 区间线路下穿沈海高速公路平面示意图

工程范围内地表水发育，线位东侧为碧溪及若干大小不等的水塘。地下水主要有第四系孔隙水、基岩裂隙水。第四系孔隙潜水主要赋存于冲洪积砂层中。基岩裂隙水主要赋存于基岩强、中等风化带中。区间范围内冲洪积砂层主要呈透镜状分布、局部层状分布，级配较好，砂层总厚度大体在0.45～7.4m，埋深2.7～16.85m。地下水以孔隙潜水为主，局部为股状水流，地下水位埋深0.7～9.7m，标高0～4.1m，水位线位于正洞洞顶以上7.3～22.3m，洞内易形成积水。

1.3 设计情况

区间隧道下穿沈海高速公路围岩等级Ⅳ级，结构支护形式为复合式衬砌，初期支护采用I18@0.5m工字钢架，Φ8@0.15×0.15m双层钢筋网，纵×环：0.8x×0.8m、L=3m、Φ25中空注浆锚杆，喷射C20混凝土厚300mm，二次模筑衬砌厚350mm。开挖前先在两侧降水施工，并采取掌子面WSS超前帷幕预注浆加固+双层超前WSS管支护（Φ42钢管、L=6.5m、纵×环：4×0.3m）+洞内大管棚（Φ89、L=90m、环向间距0.3m）超前支护措施。采用短台阶法开挖，上台阶设置临时仰拱。

沿高速公路坡脚两侧布设两排大口径降水井，孔径Φ600mm，两排井间距6m，左右线开挖轮廓线外5m开始布井，横向间距8m，降水井布置线沿高速公路两侧向两端延伸至路基宽度的1.5～2.0倍。

1.4 隧道开挖情况

沈海高速公路位于1号竖井与2号竖井之间且较接近于2号竖井，采用从两个竖井端相向开挖的方案。事故发生时，该区间左洞上、下台阶已贯通，右洞上台阶贯通（贯通面里程：YDK27+353.7），下台阶剩余约20m初期支护尚未闭合成环。

2 事故发生概述

2016年第14号强台风“莫兰蒂”于9月15日3时05分在福建沿海区域登陆，登陆中心附近最大风力达到15级，为福建省近年来遭受破坏力最强大的台风。受此次台风所带来暴雨、强风等影响，XX区间项目部驻地附近房屋建筑破损严重，工地电力中断，造成15日～19日期间降水工作停止，9月19日20时10分，一部行驶在沈海高速K2308+300里程B道路面的厢式货车后车轮突然掉落路面陷坑，事故发生时未对后方行驶车辆造成二次事故。事故发生时现场图片详见图3、图4。

图3 厢式货车后车轮掉落路面陷坑

图4 右洞贯通断面初期 支护结构滴渗

3 监测布点与数据

3.1 监测布点

沈海高速公路下穿段根据监测方案进行布点监测，监测项目包括：建筑物竖向位移、地表沉降、净空收敛、拱顶沉降。其中，地表沉降沿线路走向在沈海高速两侧硬路肩、中央分隔带及边坡位置各布置一组沉降观测点。在诚毅大街跨线桥墩身设置建筑物竖向位移观测点。测点布置详见图5。

图5 区间监测点布置图

3.2 监测数据

图6 施工方地表沉降测点累计值变化曲线图

图7 施工方拱顶沉降Y-GDC-28测点累计值变化曲线图

图8 施工方净空收敛Y-JKJ-28测点累计值变化曲线图

3.3 数据简析

根据图6至图8各监测点累计变化曲线图分析可以看出，事故发生之前曲线较平滑，未出现较大转折点。事故发生后，DBC-53-1至DBC-54-6地表点出现明显下沉趋势，且同一监测断面拱顶沉降及净空收敛测点监测数据变化也较为明显。24日洞内外注浆加固后，各监测点数据趋于平稳，现场巡查也未发现异常。

4 成因分析

其一，区间下穿段有一过水箱涵属于沈高速公路路基扩宽接长部分，因此，在新旧箱涵衔接部位，由于涵身材料不同且两侧回填土压实度不同，当箱涵基底积水浸泡时容易产生不均匀沉降并引起路面开裂下沉

其二，事故发生段两侧地势高而中间低，地下水位补给较为丰富，而区间隧道上方为＜3-4-2＞富水粗砂层，洞身为＜17-1＞全风化花岗层，当15日～19日断电停止降水工作后，地下水位快速回升，右洞贯通断面初期支护出现大范围滴渗现象，水压力增大，初期支护背后围岩浸水后软弱变形容易导致拱脚产生下沉现象，并最终反射至高速公路路面形成下沉现象。其三，项目部应急物资准备不充分。因台风造成工地断电期间，应急物资库没有备用柴油发电机组，项目部也未紧急调配，停工期间未继续降水作业，也未及时向上级领导反馈，造成地下水位持续上涨。其四，监测数据无法为动态风险评估提供依据。施工方及第三方监测15日至23日未上传洞内监测数据，15日至20日未上传洞外监测数据。事后查证，因台风天气造成地表沉降观测点破坏，初期支护补喷素混凝土造成拱顶沉降及周边收敛观测点破坏，监测数据缺失导致结构变形未及时预警。其五，下穿沈海高速公路施工前未对过水箱涵周边地层进行地质雷达扫描，并对可能存在薄弱层进行地层加固，也是造成此次路面塌陷的原因之一。其六，事故发生前左右线均已洞通，参建各方的风险意识产生了松懈，面对“莫兰蒂”台风的袭击可能发生的风险和造成的后果预判不足，也是造成此次路面塌陷的原因之一。

5 应急处理措施

其一，事故发生后立即启动应急预案，对高速公路采取限速、交通导行措施，救治伤员，吊出受困车辆，采用商品混凝土回灌路面塌坑。其二，项目部采用应急电源供电方式恢复地表降水工作，将地下水位降低至隧道仰拱下方1.0m位置。其三，采用地质雷达对塌坑周边道路及暗挖隧道初期支护后背进行空洞扫描，采取地表注浆及洞内注浆方式对不密实地层进行加固（见图9）。其四，区间右洞初期支护两侧拱脚架设临时横撑，增强初期支护结构稳定性；同时，加快下台阶开挖，仰拱及时闭合成环（见图10）。其五，恢复并加密洞内初期支护拱顶沉降、初期支护净空收敛及高速公路路面沉降监测点，施工方监测频率改为1次/3h，第三方监测频率改为1次/天，创建XX区间监测信息微信群，发布动态监测信息，参建各方实时了解并掌握异常数据信息。其六，在地表注浆及洞内注浆完成且实时监测数据信息趋于稳定后，高速公路行政主管部门组织路面恢复工作。

图9 沈海高速路面塌陷处注浆加固

图10 右洞初期支护 背后注浆加固

6 经验教训

其一，暗挖隧道应慎选贯通里程。本区间贯通里程位于沈海高速公路下方，而路面塌坑位于右线YDK27+355上方，两者里程相距很近，隧道周边软弱地层及过水箱涵受开挖扰动影响较大，因此，贯通里程应选择在远离高速公路且周边无重要管线的平坦开阔地带，以减少施工带来的风险。其二，应急物资准备不充分，监测管理工作松懈，需要提高参建各方的安全风险意识。其三，对极端天气可能发生的风险和造成的后果，需进一步明细，加强风险提示，提高现场单位的风险意识。其四，应全面认真进行地层疏松、空洞等检测工作，发现问题主动及时上报，采取袖阀管注浆等方式消防事故隐患。其五，必须认识到数据上传准确性、及时性在施工中起到至关重要的作用，加强项目组人员责任心教育，并协调两家监测单位确保数据及时、准确并按规定上报。其六，需要进一步加大现场巡视力度，重点发现现场施工存在的重大隐患点，并及时进行揭露，协助避免。

7 结语

城市地下轨道交通工程属于高风险的项目，本文从周边环境、水文地质条件、安全生产监管职责落实等方面对事故原因进行剖析，并简单介绍现场应急处置措施，最后概括总结了此次事故的经验教训。工程建设安全行业要主动拥抱数字化变革，以“让每一个工程项目安全”为目标，以“人本工程安全理论”为基础，以“云计算、大数据、物联网、人工智能”等数字技术为支撑，重构工程建设安全领域多方“监、管、服”体系，循序渐进地推动行管方、建设方、建造方、服务方的转型升级，促进工程建设安全行业行稳致远。