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浅埋暗挖隧道施工险情分析

发布日期:2013-05-07 23:04

浅埋暗挖隧道施工险情分析
 
【摘 要】本文以武汉市地铁二号虎名区间隧道超浅埋段暗挖法为例,介绍了城市地铁所施工的浅埋暗挖隧道施工可能发生的主要险情类型;并分析了典型险情发生的主要原因,介绍了对险情所采取的主要措施,可为同类工程提供借鉴。
【关键词】地铁施工;浅埋隧道;暗挖法;事故;抢险
 
1、虎名区超浅埋段暗挖隧道工程概况
      虎名区间西起虎泉站,东至名都站,是武汉市地铁二号线一期工程第 19 个区间段。 该隧道分左右双线,隧道中心线间距为 12m。 线路均为地下线路,采用矿山法施工。
      其中虎名区间 DK25+295~ DK25+635 区间洞段为超浅埋洞段,洞顶覆盖层厚度在 5~7 米之间,大部分里程覆土厚度小于 1 倍洞径。 洞顶覆盖地层为人工杂填土层和粘土层, 其中人工杂填土层厚 3.7~5.6m,粘土层厚 0.5~2.5m。
      人工杂填土层主要为建筑垃圾,土体松散,空隙率大,发育有上层滞水,地下水位略有变动,便会引起地表较大沉降。另外老粘土层厚度较薄,且过薄处一般为低洼地带,上层滞水易集中,与松散杂填土一起呈流塑状态,极易成为突泥突水的突破口。 人工杂填土层与粘土层接触界面起伏差较大。
      洞顶覆盖层中埋设有自来水管道、污水管道、天然气管道、通信电缆线、电力电缆线等。 管道最大埋深 3.5m,距离隧道洞顶较近。
      为保证超浅埋段的施工安全,主要采取了洞内分台阶开挖,增加临时支护,洞外进行地表固结注浆的施工方案。
 
2虎名区超浅埋段暗挖隧道施工过程常见灾害类型及抢险实践
      城市地铁所施工的暗挖隧道多处于浅埋、地表建筑物较多、围岩情况复杂不稳定、地下水丰富、施工难度大、安全事故多发段。
2.1 主要事故类型
      1)沉降变形大
      本施工道路两侧管线、建筑物密布,交通量大。隧道埋深浅,管线、建筑物基础均位于隧道施工扰动范围内, 对施工扰动必须严格控制,但区间隧道所处的地层软弱,地面沉降难以控制,在道路区,过大沉降易引起路面开裂,甚至塌陷,影响交通安全;在管线和建筑物区,地面沉降过大,易造成地下管线破坏和建筑物开裂,危及建筑物安全。
      2)突水突泥事故
      本区域地下水丰富,这对地下工程施工有很大影响。 首先是隧道开挖后,大量地下水渗入隧道,围岩失水固结,造成地表下沉,对地表路面交通以及两侧刚性管线带来极大的危害。其次是地下水渗透对围岩产生软化作用,围岩由硬塑变为软塑状态,甚至变为流塑状态,产生大变形而丧失稳定性, 施工中如何控制地下水是保证顺利施工的关键。
      由于洞顶存在杂填土层,杂填土层多为建筑垃圾,松散空洞多,杂填土层下方为不透水的泥岩层,这样就造成上层滞水赋存于杂填土层之中,泥岩之上,形成水囊。这些水通过泥岩之间的裂隙以及地质勘探孔形成下行通道突入洞内,造成施工期间多次出现突水现象。
      3)围岩软弱易扰动且稳定性差
      区间隧道穿越地层主要为人工杂填土层和第四系沉积层的粘土层,局部地段为软塑到流塑状,地层软弱。 围岩自稳能力极差,开挖后易产生塌方,严重时可能发生涌泥现象,使施工无法进行。另外洞内有基岩侵入土体,造成隧道开挖时受力不均,极易形成区部坍塌。
2.2 典型抢险过程介绍
      整个施工过程区间共发生包括支撑变形、突水突泥、拱顶坍塌在内的突发事件 7 次。
      1)2# 竖井横通道型钢变形
      (1)事故过程
      2008 年 11 月 6 日凌晨,虎名区间 2 号竖井右侧横通道中支撑变形险情, 20A 的工字钢横撑,有两根出现挠曲,其中最严重的一根工字钢水平方向挠曲度达到 22 公分,横通道收敛变形严重超标,如图 1所示。
      (2)事故原因分析
      一是,地质原因:横通道开挖土体地质条件为粘土夹白色的高岭土,这种高岭土具有遇水膨胀的性质。 而当日上午进行了初期支护背后注浆工作,经过注浆液的湿润后,膨胀开来,累积起来,应力要释放,于是造成横道道侧壁收敛。二是,设计的缺陷:设计的横通道中支撑均为对撑,这些工字钢支撑没有联系成一个整体,单根点对点工字钢支撑偏于单薄,无法抵抗膨胀土膨胀所产生的土压力。三是,外界诱发因素:路面重载车辆震压且夜间重车明显比白天多。 重车震压造成土压力加大,也可压弯中支撑。
      (3)应急措施
      ①封闭右线路面交通,单边放行改走左线;
      ②增加工字钢之间的连接钢筋,然后挂网,喷砼,将中支撑工字钢形成整体受力体系;认识到虎泉街重车震压问题对隧道施工安全的影响,在横通道上方设计施工了钢栈桥;
      ③增加竖向支撑,以 I20 工字钢从横通道底部支撑至拱顶,防止拱顶下沉;
      ④加密监测点,在变形工字钢处增设收敛测点,监测收敛和拱顶下沉情况。

      2)1# 竖井横通道拱顶突水险情
      (1)事故过程
      2008 年 11 月 6 日下午,正常施工 1 号竖井横通道左洞上台阶最后端墙时,突然横通道拱顶部位发生大规模透水,水流通过预留的初期支护背后注浆管下泄至横通道内,见图 3。
      (2)原因分析
      经过现场调查发现该次透水是由于连日降雨,雨水排放管道不畅通,积聚的雨水渗漏后通过杂填土层或围岩裂隙渗透到横通道的拱顶排出。
      (3)处理措施
      ①喷射混凝土封闭施工掌子面,通知其他施工人员撤离出竖井;
      ②在横通道支撑起三排方木和钢管架,防止横通道拱顶沉降;
      ③抽调 7.5kW 和 5kW 水泵各一台在雨水管道上游进行雨水抽排,减少流经 1 号竖井雨水排放量;
      ④进行地表加固。 首先在 1 号竖井和雨水管道之间以 2 米间距布设一排长 5 米 Φ42 注浆小导管,注双液浆堵水;
      ⑤在横通道上台阶开挖完成后增加施工临时仰拱,使初支尽早封闭成环,增强其结构支撑的稳定性,挂钢筋网并喷射混凝土,使中支撑工字钢形成整体受力。 并及时进行初期支护背后注浆。

      3)1# 竖井右线 K25+403 拱顶坍塌
      2009 年 4 月 25 日 ,一工区右线开挖到 K25+403 里程时 ,隧道拱顶发生坍塌,坍塌孔向拱顶以上出现高 2 米的空洞,因该处上覆土层较薄,有可能出现冒顶通天事故,影响行车和管线安全。 出险后,项目部对塌方两侧处施打小导管,对坍方处堆砌应急沙袋,挂网喷砼处理,见图 5。 控制住事态发展后,对塌方处进行注浆充填加固,顺利通过了该段。

3小结
      城市地铁所施工的暗挖隧道多处于浅埋、地表建筑物较多、围岩情况复杂不稳定、地下水丰富、施工难度大、安全事故多发段。 本文以武汉市地铁二号虎名区间隧道超浅埋段暗挖法为例,介绍了城市地铁所施工的浅埋暗挖隧道施工可能发生的主要灾害类型;并分析了典型险情发生的主要原因,介绍了对险情所采取的主要措施,可为同类工程提供借鉴。
 
【参考文献】
[1]王梦恕.地下工程浅埋暗挖技术通论[M].合肥:安徽教育出版社,2004.
[2]关宝树.隧道工程施工要点集[M].北京.人民交通出版社,2003.
[3]赵志江.超浅埋暗挖隧道施工技术[J].现代隧道技术,2011,48(3):136-140.