隧道塌方原因分析与处理

隧道塌方原因分析与处理摘要：在隧道开挖时，隧道塌方一直是隧道施工中经常发生的工程事故。及时有效的做好预防工作不仅能保障工程施工安全还能保证工期节省工程投入。本文介绍了塌方的类型及发生机理，从地理条件和施工工艺两方面分析了隧道塌方的原因，并提出了处理塌方的措施和施工质量保证措施，希望为同行提供参考。关键词：隧道；塌方；支护；措施；质量Abstract:Intheexcavationofthetunnel,thetunnelcollapsehasbeenengineeringaccidentsoftenoccurintunnelconstruction.Timelyandeffectivepreventiveworknotonlytoprotectthesafetyofconstructioncanalsoguaranteeperiodreducedengineeringinvestment.Thisarticledescribesthetypeoflandslidesandthemechanismanalysisofthereasonsofthetunnelcollapse,bothfromthegeographicalconditionsandconstructiontechniques,andmadeadealwiththecollapseofthemeasuresandtheconstructionqualityassurancemeasures,hopingtoprovideareferenceforthepeer.Keywords:tunnel;landslides;support;measures;quality刖言隧道塌方是施工中较常发生的安全事故之一。所谓隧道塌方是指施工过程中由于应力作用洞顶与两侧的部分岩石和泥沙土大量塌落的现象。隧道塌方事故随时可能发生在整个隧道施工的过程中，隧道开挖、施工支护甚至在隧道衬砌之后都有可能发生塌方。一旦发生隧道塌方事故，带来的后果不可谓不严重。不仅对施工人员造成极大的人身安全威胁，还延长了隧道的施工工期、增大了工程预算、极大程度的破坏了机械设备和降低了施工单位的施工质量。隧道塌方有高发性和高危性两大特点，除了了给施工安全带来严重的威胁，还给社会造成了不良的影响。如何减少隧道塌方，是施工和设计都应该重视的问题。一、塌方的主要类型及发生机理（一）洞口塌方由于洞口段一般为堆积层或风化严重、破碎的岩体，其自稳能力及整体稳定性均较差。同时处于浅埋地段，若在进洞前未对边仰坡采取相应的技术措施或技术措施不到位时，进洞时或进洞后将可能引起洞口顶端的围岩发生应力重分布，在重力作用下出现下沉或开裂变形。当这些变形发展到一定程度时，极限平衡就被打破，导致大面积的整体失稳，从而发生坍塌。（二）洞内塌方洞内塌方包括洞内岩质塌方和洞内土质塌方，分别针对的是岩石隧道和土质隧道。当岩质隧道开挖时，其周边的岩石处于悬空状态，同时发生下沉或收敛变形，以释放其内部应力。由于岩石体内存在层理及节理，使周边的部分岩块在重力作用下具有下落和挤出的趋势。若此时未采取相应的支护措施，岩面必然会出现“掉块”现象，当这种“掉块”的数量达到一定数值时，就是塌方。同样，土质类隧道开挖以后，由于围岩的硬度值较低，周边一定范围内很快发生松弛变形。随着这些变形的逐渐扩展，使围岩的整体强度降低，同时土压增加进而发生局部的塑性破坏，在围岩内部出现空洞造成局部发生坍塌。局部出现下沉，塑性区进一步扩大，土压力剧增最终导致整体失稳和大面积坍塌。二、隧道塌方的形成原因总的来说，隧道塌方的原因分为地理原因和人为原因两大类，地理原因主要包括地质、地形地貌和地下水的影响；人为原因主要是设计因素和施工因素。（一）地理因素1、不良地质条件的影响隧道穿过断层及其破碎带，或在薄层岩体的小曲褶、错动发育地段，一经开挖，潜在应力释放快、围岩失稳，小则引起围岩掉块、塌落，大则引起塌方。当通过各种堆积体时，由于结构松散，颗粒间无胶结或胶结差，开挖后多引起坍塌。2、特殊地形地貌的影响（1）隧道穿越地层覆盖过薄地段；（2）隧道穿越地表水源如水塘、水库、沟槽、冲沟等地段；（3）隧道穿过地面建筑物，而且埋深浅如城市地铁隧道，城市过街隧道等；（4）影响隧道洞口安全与隧道洞身稳定的不良地质和特殊地层崩坍、错落、岩堆、滑坡、人为坑洞、泥石流、断层、流砂、膨胀岩、岩溶、岩爆等。这些都是常常引发塌方的地形地貌因素。3、地下水的影响水是造成塌方的重要原因之一。地下水的软化、浸泡、冲蚀、溶解等作用加剧岩体的失稳和塌落。岩层软硬相问或有软弱夹层的岩体，在地下水的作用下，软弱面的强度大为降低，因而发生滑塌。（二）人为因素1、设计原因隧道施工前的设计对施工的安全性起着重要作用，如果在勘测设计阶段对隧道要经过的地段的地质情况掌握的不全，就不能正确地分析该地段是否存在着比较特殊的或者不良地质现象。如果不能正确分析，就有可能把隧道设在地质条件不好的位置，导致塌方发生。隧道设计还要考虑地质条件可能会发生的变化，并根据变化及时地对支护参数进行调整，否则就有可能在施工时发生塌方事故。施工方法不当施工中经常存在：施工方法与地质条件不相适应，地质条件发生变化，没有及时改变施工方法；施工支护不及时；地层暴露过久，引起围岩松动、风化；忽略了围岩的变形规律，围岩的变形同时具有连续变形和突然变形的特征。当开挖距离小于d（d为隧道开挖宽度）时，围岩两端由于受到二次衬砌砼和开挖掌子面支撑的约束作用，连续变形很小，主要是爆破后的受震动影响的突然变形，而且在这个距离范围内由于衬砌和开挖面支承的“空间效应”的影响，即使初期支护抗力不足围岩滑移力亦不致于失稳，当这个距离为1.5〜3d时，“空间效应”的影响完全消失，初期支护抗力小于滑移力的问题即刻暴露出来，围岩急剧变形，极易引起塌方的发生。施工质量不合格支护结构与围岩须粘结紧密、共同工作，锚喷支护结构才能成为无弯矩结构，围岩在施工锚喷支护后不断收敛而最终趋于稳定的前提是支护抗力不小于滑移力。在施工过程中，如发生超挖严重而进行回填、锚杆长度不足、锚杆砂浆不饱满或强度尤其早期强度不足、喷混凝土强度厚度达不到设计要求、钢支撑未完全由喷射混凝土包围密实或钢支撑与围岩之间存在空隙及钢支撑未置于稳定坚固的基础上等质量问题，造成支护抗力达不到设计要求或围岩未粘结紧密使无弯矩结构产生弯矩，导致塌方。三、隧道塌方的处理措施一般的处理原则是先加固，防扩展，后处理的原则，要求处理塌方宁早勿迟，宁强勿弱。对一般塌方可直接进行塌体处理，而对塌体破碎松散、影响范围大的塌方一般分为初期处理与塌体处理两部分。（一）初期处理1、要防止塌体扩大塌方发生后，首先要采取有效的抢险措施，防止塌方范围继续扩大。在塌方范围内顶部与侧壁的危石及大裂缝处，要抢先进行清除或锚固。加强原有支护，对塌方范围前后原有的支护进行加固，以防止塌方扩大。在塌方范围内架设支撑或喷射混凝土，必要时加设锚杆。对塌方两端尽快作好局部衬砌，以保证塌方不扩大。2、如塌方塌至地表，则应对塌方漏斗地表进行截水，必要时搭遮雨棚以防地表水灌人塌体内。待洞内处理完毕后，采用土石夯填要略高出原地面，待填土下沉稳定后，用M7.5浆砌片石铺砌。3、在塌体后方5m〜10m范围内施作二次模筑衬砌中，较稳妥地巩固后方，并及时施工仰拱，使之形成完整的支护体系，以阻止围岩继续变形坍塌。（二）对塌方体的处理塌体处理一般是在初期处理完毕后或塌方暂时达到自稳时进行。如塌方体积较小，且塌方范围内已进行喷锚或已架设好较为牢固的构件支撑时，可由两端或一端先上后下地逐步清除坍碴，随挖随喷射混凝土，随架设临时构件支撑支顶。如塌方体较大，或地表已下沉，或因坍体堵塞无法进入塌方范围进行支护时，则可注浆加固坍体，然后用“穿”的办法在坍体内进行开挖、衬砌。在处理塌方的同时，要加强排水作业，以减少水对塌方的影响。2、二次衬砌加强及回填法。因为塌方段衬砌荷载比在未塌前增大，所以衬砌要加强，加强衬砌应优先考虑采用提高混凝土标号和在衬砌内加钢筋或型钢或钢轨，以及进一步采取加固稳定塌穴以减小衬砌荷载等措施。回填材料避免采用松散材料，尽可能使回填本身具有自承能力且高度要求为6m。四、施工质量保证措施（一）通过监控量测指导施工根据量测结果，判断支护体系及围岩的受力与变形情况，调整支护参数、施工方法；采用监控量测成果检测防塌措施的效果，指导超前地质预报、设计、施工，实现施工信息化。当发现测量数据有不正常变化或突变、洞内或地表位移值大于允许位移值、洞内或地面出现裂缝以及喷层出现异常裂缝时，必须停止作业，制定处理措施后再继续施工。（二）制定防塌应急预案储备应急设备、物资，尤其对不良地质隧道、城市地铁隧道、水下隧道均应提前准备，以防不测。对有可能塌方地段，地质情况不清楚、有塌方预兆，加固措施未制定并实施，不能冒进。结语隧道塌方会给施工人员的生命和工程造成不可估量的损失，因此应高度重视监控量测和超前地质预报工作，对施工过程中可能出现的局部地段围岩破碎引