隧道坍塌的原因分析及处理

隧道坍塌的原因分析及处理摘要本文结合工程实例展开论述，分析了隧道坍塌的原因，提出相应处理措施，有效地处理隧道塌方。关键词隧道坍塌；原因；处理；分析1工程概况隧道为单洞双线隧道，起讫里程为DK352+189〜DK356+188，隧道全长3999m,隧道围岩级别以W、V级为主。隧道断面面积为142m2,上拱半径7.24m。进口左侧埋深厚度均大于右侧埋深厚度，处于地形偏压和构造偏压状态，且均在浅埋或超浅埋地段。隧道围岩大部分位于震旦系及上板溪群地层中，以砂岩、页岩、板岩、变质砂岩为主，厚薄不等，软硬不均；洞身岩体节理、劈理及裂隙发育，围岩完整性较差。地下水发育，砂岩储水性较好，裂隙发育，含水带范围广阔，尤其向斜核部富水性强，隧道开挖有较大的涌水量。2隧道坍塌情况及原因分析1）坍塌情况。①地表情况。坍塌冒顶位置为里程DK352+238.0—DK325+245.3段线路偏右侧，地表出现一个近似圆形塌陷坑。塌陷坑周围地表呈现多处纵横向裂隙，裂缝宽度达1〜3cm，冒顶处埋深为13.5m。隧道掌子面已全被坍塌土体填满，将已开挖的洞身堵塞近10m。②洞内情况。近掌子面的3棉钢支撑范围内的初期支护受到影响，洞内两侧边墙处产生纵向裂隙，裂隙宽度10mm，DK352+221.0左侧、DK352+223.5与DK352+229.0右侧，由于山体严重偏压产生环向裂缝共3条，裂隙宽度约5〜15mm，裂隙环向长度达4m。2）坍塌原因。①降雨或多次连续降雨，渗入隧道内的裂隙水和地表水流量增大是导致此次坍塌的诱因。②在隧道内部不排水条件下，长期暴雨对隧道及其支护系统影响很大。受外界震动和洞内渗水量增大的影响，松散岩层与相邻岩层摩擦力减小，受重力作用发生下滑，是导致掘进掌子面前方未开挖段及已成形的初期支护段拱顶土体坍塌的直接原因。③洞顶上方岩体呈陡倾构造、裂隙发育，坍塌受产状陡倾的构造裂隙控制。呈陡倾状附着润滑层构造裂隙的存在，是导致坍方的重要原因。④根据地理环境，出现坍塌处在进口端DK352+243处，因为隧道进口紧靠山体外侧，隧道右侧始终处于偏压状态，偏压也是引发此次坍塌的另一个重要因素。3坍塌处理措施为了防止塌方的进一步扩大，保证施工进度，根据隧道塌方后隧洞现场实际情况，在处理方案上分为洞内、洞外分别处治2条线，总体方案为：先治水，再稳定洞内。治理过程为：地表排水处理一洞内清淤一固结渣体一工作面预注浆一小导管注浆加强一开挖与支护一陷坑回填。1） 地表排水处理。采用塑料棚布对裂隙进行全方位覆盖，边缘部位用土压实，并沿四周开挖截水沟将地表水引排至隧道洞顶截水天沟。所有洞顶及附近裂缝全部用水泥砂浆进行封闭处理。沿塌陷坑周边开挖截水沟，用砂浆抹面；同时，为防止雨水直接进入坍穴，采用钢管搭设支架，上覆彩条布遮雨，并对坍穴四壁进行刷坡和初喷混凝土。2） 地表注浆与坍穴加固。初喷完后沿塌陷坑四周打入长3m、42mm钢花管进行注浆，以加固坍穴井壁强度。然后沿洞顶地表塌陷口周边5m范围内同样打入42mm钢花管注浆，6〜8m/根，间距1m，梅花形布设，注M20单水泥浆。（见图1）3） 固结渣体。沿塌腔内松散渣体表面打入42mm钢花管，长度4m，间隔1.2mx1.2m，梅花形布置，注水泥一水玻璃双液浆，以固结渣体。同时沿渣体顶部铺设一层8mm@200mmx200mm钢筋网成倒扣锅底状，并将网片与周边小导管连接，喷射厚20cm的C25混凝土，后挂设一层钢筋网，再喷射厚20cm混凝土，连续施作三次，喷混凝土共厚60cm。后用彩条布将塌腔顶封闭，以防雨天地表水进入塌腔内。4） 初支及洞身段加强处理。①洞内施作临时支撑，采用2根I20b工字钢焊接，每隔两棉对已完成的初期支护钢拱架设置对撑及扇形支撑，扇形支撑交叉点及横向支撑下面用20cmx20cm大方木铺垫结实，确保已完成的初期支护不再发生更大位移和沉降变形。（见图2）②对已完成初期支护部分的洞身段，沿环向布置42mm钢花管，钢花管长度为4m，环向间距120cm，纵向间距100cm，梅花形布置，注单液水泥浆。5） 超前小导管注浆施工。①小导管参数。钢管规格：小导管采用42mm、壁厚3.5mm无缝钢管制成，沿管体每15cm钻6mm孔，四周梅花状布设浆孔。小导管单根长度为3.5m，环向间距为40cm，纵向间距为2.4m，外插角5°〜10°，梅花形布置。②注浆参数。小导管注浆采用1：0.55水泥净浆，注浆口最高压力严格控制在0.5〜1.0MPa，以防压裂工作面。控制进浆速度，一般每根导管浆液总进量控制在30L/min以内。6） 开挖与支护。采用交叉中隔壁开挖法开挖。初期支护采用钢拱架+小导管+钢精网+喷射C25混凝土的联合支护体系，掌子面采用双层42mm超前注浆小导管做超前预支护。超前小导管压注1：1的水泥一水玻璃浆液，有效固结松散岩体。安设超前小导管时，先立一棉全断面I20b钢拱架，在钢拱架腹部打孔，拱架孔内打设超前小导管。为确保支护体系及时封闭成环，对隧洞上台阶已施工初期支护部分，钢架应及时落底接长，并尽早施作仰拱衬砌与仰拱回填混凝土，使支护结构尽快封闭成环，改善洞室结构的受力条件。在仰拱施工完后，将衬砌台车跳过塌方体出口端的拱架支撑加固段，移至仰拱施工完毕的塌方处理段进行二次衬砌施工。待塌方段二次衬砌施工完再拆除加固段拱架，进行加固段二次衬砌施工。7）地表陷坑处理。二次衬砌通过坍塌段以后，立即对塌腔进行回填：采用轻质粉煤灰将塌腔回填至距地面1m的位置，同时进行适当夯实，后采用地表原状土将塌腔回填略高于原地面30〜40cm。4结语1） 塌方施工方案和治理原则可简单概括为“管超前，预注浆，多循环，短开挖，强支护，勤量测，早封闭”。2） 初期支护对于隧道的稳定起决定性作用，支护的目的就是提高围岩的自稳能力，延长其自稳时间，以保证在施作二次衬砌前不发生坍方，因此，必须确保初期支护的参数和质量达到设计要求。3） 二次衬砌不得严重滞后初期支护，软弱围岩地段应紧跟开挖，III、