城市隧道施工诱发地面塌陷灾变和其控制

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1、城市隧道施工诱发地面塌陷灾变和其控制　　摘要：近年来，国内城市隧道施工频发安全事故，其中大多是地面塌陷事故，该类事故突然性大、具有较大危害，对城市居民生产生活产生了极大威胁，引起了社会各界的广泛关注。本文通过对国内相关地面塌陷案例的研究，探讨了城市隧道施工诱发的地面塌陷灾变机制，并提出了相关技术控制措施，以为广大同行提供一些借鉴和参考。关键词：城市隧道施工、地面塌陷、灾变机制、控制中图分类号：U45文献标识码：A文章编号：一、前言近些年来，我国各大城市加大了地铁建设力度以满足开发城市地下空间的需要，但是随之而来是相对较为频繁的安全事故。2006年1月3日，北京地铁10号线地铁隧

2、道施工导致东三环京广桥附近部分主辅路塌陷，形成面积约2507m2、深约12m的塌陷坑，塌陷影响区域内的道路交通全部中断。2007年3月28日，北京地铁10号线苏州街东南出入口发生地面塌陷，造成6名施工人员被埋并全部遇难。2003年7月1日，上海地铁4号线隧道施工导致地面大范围塌陷，造成3栋建筑物严重倾斜破坏，防汛墙局部塌陷断裂。2007年2月5日，南京地铁隧道施工导致汉中路地面塌陷，造成天然气管道断裂爆燃，路面被炸出大坑，附近大厦被爆燃的火苗“袭击”。城市隧道施工引起的地面塌陷具有突发性、复杂性和高危害性等显著特征，一旦发生地面塌陷事故，不仅造成巨大的经济损失，产生恶劣的社会影

3、响，还会对人民的生命安全构成巨大威胁。施工中的各种不可控因素固然是导致事故频发的原因之一，但是最根本的原因在于施工人员并没有从本质上对城市隧道施工的性质进行清醒的认识，并没有对隧道施工容易诱发地面塌陷这一事实有足够的警惕，同时也没有对地面塌陷的灾变机制、形成原因以及演变规律进行正确的梳理。因而无法在隧道施工中采取有效的预防措施，也无法对地面塌陷事故进行精确的预报。可以说，这已经成为我国城市隧道施工中的技术性难题，随着地铁建设新一轮热潮的涌来，此问题的严重性和危害性可能会进一步凸显。因此，对这个问题进行深入研究，不仅具有重大的学术价值，还对地铁施工具有重要的指导意义。二、关于城市

4、隧道施工诱发地面塌陷灾变的探讨城市隧道施工诱发的地面塌陷灾变主要有以下几种：71、隧道开挖直接导致地面塌陷。这种情况是指施工人员在进行隧道开挖时上覆地层自动地发生了十分复杂的变化，其中包括应力的传递和变形的严重化，加上土体的水分流失以及土体冻结，共同作用必然引起隧道施工处地层的物理力学各种参数发生变化。所谓的普式理论提出，如果在没有支护的状态下在松散介质内开挖洞室会导致隧道围岩从里到外出现不稳定现象，地层将会遭到破坏。在这种情况下，如果施工处上覆地层具有足够的厚度，那么塌陷至一定程度后围岩就会形成一种自然的平衡压力拱，这会成为某种保护，阻止土体的继续破坏。由此可见，在施工过程中

5、压力拱会随着上覆地层厚度以及各种力学参数的变化而变化，一旦达到一定的临界点，将无法再形成压力拱，如果此时没有采取支护措施或者支护的强度不够，就很容易出现地层失稳，从而引起地面的塌陷。2、地层中不良地质体遭到破坏进而引发地面塌陷现象从本质上来说，这种情况引发的地面塌陷是因为地层中空洞发生了坍塌与破坏，从而引起地层空洞上方地层中出现力学上的不平衡，这种不平衡逐渐加剧就会引起地面塌陷。而空洞之所以会被破坏是因为隧道施工时产生了扰动作用。当两个或者若干个空洞合成一个时，空洞的面积就会增大，这回导致空洞上方的覆盖地层变薄。同样根据普氏的压力拱理论，当空洞断面扩大到一定程度时，上方地层内的

6、拱结构将会被破坏，从而产生不稳定，无法再形成新的压力拱，久而久之便会引发塌陷现象的发生。3、管线渗漏水引发地面塌陷7由于隧道施工都是在地下进行，而我国各大城市的地下排水管道普遍地存在着漕漏现象，而且某些管道的渗漏极为严重。所以由于地下管线的渗漏导致路面塌陷的情况也不少见。具体发生机制是隧道施工进行时会产生一定的扰动作用，城市隧道施工导致的地下管线破坏一般有两种模式，一种是在附加的拉力和应力作用下管道出现裂缝，甚至还可能发生破裂，从而会让管道失去正常的工作能力；第二种情况是管段虽然完好无损，但是管段之间的接头出现问题，不能保持完全的封闭状态从而发生大量的渗漏。这两种模式都会破坏管

7、道，也有可能是二者同时发生导致管道破坏。三、如何有效控制城市隧道施工诱发地面塌陷问题1、地层中不良地质体遭到破坏引发地面塌陷的控制措施与管线破坏引发的地面塌陷一样，要对这种情况下的问题进行控制首先也是要对不良地质体进行超前的情况摸底，也就是地质探测。并根据探测情况，分别对地质松散区、空洞区以及富水区采取相应措施有针对性地进行处理。一般来说，地质松散区埋深非常浅，7可以采取注浆加固的方法进行处理，也就是说需要在地面打孔以设置好注浆管。同时为了防止空洞区附近区域内在进行注浆时浆液会扩散，因此对空