摘要：引起轨道交通项目岩溶地区地表塌陷的主要原因包含地质因素、地下水动力因素，其中与岩溶发育程度、覆盖层性质等具有影响关联性。为深入研究轨道交通项目在岩溶地区地表塌陷主要影响因素，以某交通轨道项目为例，首先对轨道交通项目施工中岩溶地表塌陷安全事故特点进行分析，提出了岩土工程建设安全事故风险源，对主要影响因素进行探究，旨在为预防轨道交通项目岩溶地区地表塌陷安全事故发生提供理论借鉴。
关键词：轨道交通；岩溶地区；地表塌陷；主要因子
0引言
岩溶地区引起地表塌陷的问题已经成为国内外地下轨道、高速公路及铁路等类型建设的重点研究课题。自上世纪70年代，岩溶地区引起地表塌陷的问题就引起研究者们的关注。从现有的研究结论看，主要包含有真空吸蚀、压强差效应和振动论等观点，除此之外，还提出了浮力效应及地表水下渗等计算模型，国内相关研究人员也做了大量的可研工作，如建立了“致塌力学模型”。本文针对导致地表塌陷的原因，对影响因素进行深入分析，在建立模型计算数据的基础上，提出有关解决措施。
1轨道交通项目施工中岩溶地表塌陷安全事故特点
1.1偶然性及必然性
岩土工程安全事故是一种意外现象，是由人为原因、物和环境的原因、技术原因、管理原因致使生产过程意外中断并造成危害的随机性事件，因此具有偶然性。土木工程建设过程中，除了极少数不可预防的事故外（如深地下矿山隧道工程中，由于目前地质勘察的认知水平和技术手段的局限性导致），其他的事故发生都有着必然的条件，即多种不安全因素。
1.2规律性
根据钱七虎院士2012年研究成果表明，大型岩土工程建设的安全事故类型、事故发生部位、事故发生时间等都具有一定的规律性。如：
（1）浅层土质地下工程的主要事故类型是塌方、涌水涌砂、大变形以及由此引起的周边建构物破坏；深部岩石地下工程的主要事故类型是塌方/大变形、突涌水、岩爆、瓦斯。
（2）明挖地下工程的事故发生部位以支撑和围护结构居多，矿山地下工程事故发生部位以掌子面、拱顶、进出洞口居多，盾构法主要是盾构机机械事故。
（3）不同类型的土木工程在7月份均有一个事故高发期，这与我国大部分城市降雨季节重合，表明天气是事故的一个重要诱发因素。
1.3预兆性
海恩安全法则告诉我们另外一个规律，任何事故发生前，有大量的未遂先兆和事故隐患。如：杭州地铁湘湖站事故发生前，测得地面最大沉降已达316mm，测斜管最大位移已达65mm；上海轨道交通4号线事发前，测得旁通道处水压力为2.3kg/cm2，与该层承压水水压接近。
1.4技术原因对地下工程建设安全影响大
由于目前许多工程自身结构、周围环境以及工程地质水文地质条件等都非常复杂，现有的一些建设规范和标准已不能完全满足工程建设的要求。尤其是在地下工程方面，常出现对工程地质情况认识不足、设计计算和施工参数选取不够合理等，如突水等安全事故，实际上大部分也是由于目前有关技术不成熟、尚不能较好地解决，从而导致事故发生。
2轨道交通项目岩溶工程地面塌陷影响因子分析
2.1塌陷模型构建
覆盖层上部为填土层、下部为黏土层，地下水水位较浅，主要存储于上部填土层中，模型结构图如下图1所示。（1）将整个覆盖层视为半无限弹性体，每层土体都均匀受力，发生塌陷时，将塌陷的过程看作为瞬间塌落，自身结构稳定性不受影响。（2）假设填土中部分剪切破裂面与水平面之间的夹角；（3）假设塌陷主体下部结构为黏土，外形为圆柱体，并与土洞直径相当，大小设置为d，上部填土结构外形为漏斗状，顶面结构直径设计为D，得出地面结构塌陷直径。
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图1 岩溶地质塌陷模型示意图
2.2冲击荷载对地面塌陷的影响
在冲击力作用下，塌陷土柱结构抗塌力：
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其中当K＜1时，地面发生塌陷；K=1时，地表处于平衡态；K＞1时，地表处于稳定状态。对应的计算结果在一定程度上决定了冲击荷载对地面塌陷的影响，但并不是导致地面塌陷的主要影响因素。
2.3水位下降对地表塌陷的影响
通过受力分析，得出土柱结构受到上层填土自身重力的影响，并依据土体结构极限平衡理论，得出地面塌陷的极限平衡方程：
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其中，G1——土柱受到上层填土的重力；G2——自身重力；F渗——渗透力；f——侧壁摩擦阻力；——真空负压作用力。
其中真空负压作用力可由下述公式得出：
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通过实际模型结算得出，当水位下降到基岩结构面时，会由于渗透力及真空负压的作用，各个点位已经发生塌陷，说明真空负压差不是导致模型中各点塌陷的主要影响因素。施工过程中，水位急剧下降，这是引发岩溶地区塌陷的主要原因。
3轨道交通岩溶地区地面塌陷的主要风险源
根据轨道交通工程所处的工程地质条件、水文地质条件、工程环境条件，结合现场施工揭露情况和风险管控情况，综合分析可得，轨道交通项目岩土工程建设安全事故的风险源主要分为静态风险源和动态风险源。
3.1静态风险源--地质条件（物的因素）
（1）岩土体：岩土体工程性质（软硬程度、完整程度）、隧道拱顶岩土体厚度。（2）不良地质体：岩溶（溶洞、溶沟溶槽、岩溶管道、暗河）、土洞和空洞、构造破碎带。（3）地表水体和地下水：线路临近地表水体（河湖的渗漏）、地下水富集区（涌水状况）。
3.2动态风险源--工程环境（物的因素）
（1）地下管道：自来水管、雨污水管的渗漏、断裂、堵塞。（2）相邻地下工程的交叉影响。（3）上部荷载的影响（建有建（构）筑物、道路车辆荷载）。（4）天气降雨情况。
3.3动态风险源--工程结构特征（人的因素）
（1）结构断面大小性状；（2）支护结构类型型式；（3）衬砌与围岩刚度之比；（4）围岩衬砌接触情况。
3.4动态风险源--施工方法与管理（人的因素）
（1）超挖情况；（2）支护参数是否满足实际情况；（3）支护与开挖循环的间隔；（4）地层的损失情况（突水情况、涌泥情况）；（5）软弱地层的加固情况。
主要因素：存在动态风险源自来水管、雨污水管的渗漏、断裂、堵塞的泄露及静态风险源不良地质体岩溶（溶洞、溶沟溶槽、岩溶管道、暗河）、土洞和空洞、构造破碎带的存在。
4结束语
综上所述，轨道交通工程建设的过程中，导致岩溶地区地面塌陷的主要原因为冲击荷载和水位下降。其中水位下降主要是由于隧道施工过程中，揭穿溶洞顶板结构，使得上层水流向溶洞或者岩溶通道中，并在一定的范围内，使得地下水垂直渗流，在一定土层面积范围内，由于渗透潜蚀作用，形成真空负压等效应，引发地面塌陷。基于此，本文重点论述影响岩溶地区地面塌陷的主要影响因子，期望能够给相关领域技术人员提供一定理论参考。
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