隧道塌方的预防

隧道塌方的预防1引言隧道属于地下工程，是典型的地质工程，地质条件存在不确定性。在施工过程中岩石既是成洞开挖的对象，开挖后又是支护对象，岩石在开挖后，原有的岩体结构和受力平衡被破坏，岩体在自重的作用下，应力重新分布，构成新的受力平衡体系，因此准确掌握地质情况，充分了解围岩的性质和围岩的自稳能力，以采取合理有效的开挖方法和支护措施，不仅能有效预防隧道塌方的发生，还能保障工程施工安全、工期和节省工程投入，本文就塌方产生的原因和一些基本的预防作简要的阐述。2塌方产生的原因2.1设计的失误隧道在设计时，由于业主担心勘察费用过高或勘察设备方法的简陋，对隧道所在区的地质情况了解不清，地质资料不详细，对可能遭遇断层、富水、岩爆、瓦斯情况估计不足，对可能遭遇塌方以及产生塌方后的处理缺乏思想准备和相应的技术措施，以及工期安排不合理，盲目追求进度，对不稳定围岩没有进行有效合理的支护；另可能为减少工程投入，安全支护参数过小，未能取到支护稳定围岩的作用，而最终导致较大塌方的发生。2.2客观地质原因由于地质条件的复杂多变，地下工程难免会通过褶皱构造、断层、节理裂隙发育地带，或由于围岩本身不稳定和已切割成碎块而强度低，结构松散，节理面有泥质物及岩屑充填，并且支护的不及时而暴露时间过长，导致围岩风化严重，或因通过断层，突然遇到较高水压富水洞段，地下水向洞室内漏出，淘空了断层构造带中破碎岩体和充填物时，以及由于岩层产状不利或因岩爆等诸多地质原因而产生不同程度的塌方。几种常见地质条件引起塌方示意图如下：2.3人为因素在施工过程中由于施工人员对地下工程所通过的地质情况不了解，忽视围岩细微变形，对围岩自稳能力作过高的估计，造成思想上的麻痹大意，抱着盲目乐观和侥幸心理，对不良地质洞段没有采取合理的开挖方法，支护不及时，在开挖时，爆破对围岩的扰动过大，开挖后围岩暴露时间过长，风化程度加剧，或由于设计不当，中途进行二次扩挖和更换支撑，造成应力再次重分布，使得原来不应塌方洞段，因岩体的失稳而产生较大塌方。3塌方的预防3.1设计过程中塌方预防3.1.1准确地质勘察能有效的预防施工过程塌方的发生由于塌方是发生在施工阶段，似乎与设计关系不是很密切，因而人们往往忽视设计过程对塌方的预防，导致在施工过程中塌方的发生。设计过程对塌方的预防主要有以下两个方面：隧道是典型的地质工程，大量的理论研究和实践表明，地质条件是制约地下工程安全、质量、工程投资的关键因素，塌方的产生与地质条件的好坏有着密不可分的关系，不良的地质条件，如断层、涌水、岩爆等都会直接导致塌方，地质勘察的科学性、准确性对预防隧道的塌方起着至关重要的作用。在国内许多工程中，特别是埋深大的特大隧道，由于业主担心勘察费用过高，或因勘察设备、方法简陋，地质勘察都相当粗糙，不能提供较为详尽的地质资料，给隧道施工带来很大的盲目性，造成不同程度的塌方。因此在施工前，进行详尽合理的地质勘察是非常有必要的，首先使设计时能够采取最优的选线，在施工时能引起施工单位的重视，对通过不良地质洞段，有很好的思想、技术方案和物资准备，从而选择合理开挖方法，及时采取有效的支护，预防塌方的产生。3.1.2合理的设计能有效避免和预防塌方的产生⑴选择设计在掌握隧洞区的宏观地质背景、构造特征、地质地貌特点和较为详细的其它地质资料花圃，分析隧道区的断层、富水带、高应力分布情况，合理进行隧道的线型设计，尽量避免通过大断层、富水和高应力集中地段，既为保证了施工时的安全，又能避免因地质条件不好，过多的支护造成工程投入的增加，能很好预防塌方的发生。忘⑵匀支护参数武设计傲岩石在开教挖成洞后劳，由于受奉力结构平伶衡体系的牧破坏和应斥力的重分绝布，应及容时采取支宝护，在隧直道的设计稼过程中都津要进行支述护参数设王计，如何援选定固既安全有第效又节省串的支护参摆数，对隧星道塌方的汪预防起着轧不可忽视类的作用。坊由于地质控围岩的分英类只是一卷个定性的下概念，不图是定量的浇，同一类仓围岩，其锄结构产状概不尽相同诚，其自稳斗能力就不革一致，此乱时支护参烈数的设计阔尤为重要食，支护参朽数过大，睁增加工程岔的投入，蛋支护参数谈过小，相糟同类别围骡岩自稳能匹力较差可突能因支护丛强度不够抬，或要求阵更换支撑锄造成地应侮力再一次极重分布，着而引起塌理方。特别捕是在临时摆支护方面孙，为减少眠工程投入萝，支护参知数一般都掏较小，达们不到国家脑标准要求首。象3.遇2吸施工过程露中塌方的浆预防挥3.2.忌1敌施工过程颂中的地质恢预测雷隧道是一浇个线状的柱隐蔽工程意，一些长称大隧道往苹往穿越崇们山峻岭，虎穿过多种唐岩类，多拴个构造，彻跨越几个踢地质单元思，因而隧遇道本身就筐十分复杂增，施工前赔设计阶段竭的地质勘恨察只能从跪宏观上分烤析整个隧担道区的基匆本地质情艺况，对可堵能出现的终大断层、竹富水洞段驱和高应力族段没有标浙识，或由孩于设备、诚方法的简念陋，对垂硬直和水平城埋深较大碧的洞段无呆法进行勘坑察，造成市局部地质饶资料不足束，因此施脚工过程中饱的地质预极测预报必胶不可少，愿由于及时饥跟进掌子携面的地质富预测预报览，对可能兔出现的局诉部地段围叠岩破碎引陕起失稳、僻塌方和可纱能遭遇的政断层、涌常沙、涌水台都能及时笨预测清楚属，有明确幸的位置、归桩号、规止模及发展绢趋势标识数，能及时跪提醒施工莲人员采取酒合理的开浩挖和支护衫方法，预那防塌方的杠发生。渐3.2.矩2仆不良洞段色塌方预防平⑴达Ⅳ圆、连Ⅴ祥类围岩等盛不良地质浇洞段塌方减的预防方着法蜓A牲、开挖时圈预防的方贷法，当地祝下工程通傅过断层、目断层影响虏带，或岩赞石比较破赚碎，风化阁严重时；钳或岩层产徐状、结构捏不利组合升地段时，南合理的开登挖方法，跪能很好预青防塌方的妻发生。一够般常用主准要方法有枕：积a碎.把超前导洞奏法，可以仰探明前方虾地质条件按，确定本明段开挖和凑支护方法角，还可以素增加二次劲开挖的临宽空面，有笛利于光爆稀效果，减匆小光爆对冷围岩的扰贡动末。字b勿.湾先拱后墙是法，此方荐法在拱部泰开挖好以素后，对拱棉部采取安储全有效的腊支护，然折后在拱部肺的保护下凡开挖下部训边墙或仰则拱，防止姓因开挖面纱过大引起旅的塌方，匆保障顺利社安全通过房地质不良行洞段。常餐见的分块固顺序如下且图所示：释B霸、强支护他是预防塌出方的主要逼措施。洞滑室开挖后匀，围岩一译般有一定当的自雨稳时间（碌对特别差箩地段可以慈采取超前萄支护），岩由于不支谊护的自稳吐时间与岩缝石条件和织洞室的跨框度等多种嫂因素有关肝，围岩不趣支护究竟签能稳定多鉴长时间，闸起今为止异国内外都淹没有满意按的解决办丙法，下图魂是比耶涅策夫斯基根和据南非资森料绘成的墨曲线图，搜供参考。愁该图把岩杰体的工程月分类用来哀预估隧洞笛的稳定条哲件，上下膝两条曲线悬间包括了肯预估不支辨护跨度的塔范围，在瑞这个范围裹内又按岩青体评分线糊划分出几壶个区域，迫在已知岩险体评分和厨跨度时，棒可用该图揪来预估破篮坏时间荐：湾b齿：网喷支趁护：在岩鄙石破碎、讯裂隙密集仓发育、块均体较小的障洞段，采请取网喷支穿护更为安良全合理。藏在开挖后奴，清除浮贱石，先喷鹅一层混凝夸土，厚度衰一般凤为敏5c想m者，目的是束在围岩变诱形前及时独封闭围岩拐，预防支产护过程中滤小块体塌瓦落而影响冻施工安全拼，还可以侵作为钢筋未网的保护输层，防止带钢筋网的活锈蚀，后幸打系统锚魂杆，规格扶为卫Φ届2扯2局，长度士为盲2.赵5高～吸3.0贵m泥，间距普为李1.判0游～隙1.2滔m秆，梅花型绣布置，然倒后由挂场Φ削6终～进Φ袜8谱间距鹿为倍20cm伶×20c僵m坟至膝70cm雾×70c柜m院的钢筋网唯，喷第二抖层混凝土峰作为承载报结构，厚权度炕为努1佳0残～罚15c奴m拾。东c破.躲喷混凝土况与钢支撑乔或格栅钢稀架的组合竹支护适用捡于围岩破骨碎或不稳怒定招的朗Ⅴ覆类围岩。僻此种支护平方法与网乒喷支护基国本相同，枯只是在每逮循环开挖逃前，距掌惑子排面您20c迈m缸于起拱线快上灭2发米处打超斑前锚杆拉，果4残0醒～基60c染m闯的间距沿基拱周梅花她型布置，喜外插角度馅为约览为葡3淋0球度，锚杆兄长这为膛3.呜0害～欲5.腾0昌米，外露蔑长度不大遍于摩20c造m斯，直径采挨用蚁Φ算2穿2舰或旺Φ克2更5波，其布置缩示意图如蝶下图所示抄，在挂网廊前支立钢锦支撑困（筐I1剧6斩）或格栅寄钢架良（复4袋×潜Φ赤2倚2盖）式,娇间距辱为遣5遭0料～惕100c榨m捎，打深锚某杆固定钢桂支撑，并炒打锁脚锚焦杆固定，洪喷第二层午混凝土的名厚度增加幅至串2闭5零～放30c谣m挖。在特别趟破碎和松赏散的软弱颈岩层或断秧层带中，呢预防塌方菊可以采用帆超前管棚鼻或固结灌脉浆与钢支撒撑和格栅挺钢架支护签相结合的希方法预防注塌方，在址开挖前打访入超前管迈棚形成棚央架，或将存浆液注入领围岩裂隙梅，使破碎婚的岩石固耐结为整体必增强围岩图的承载力浮，开挖后汤采取钢支碗撑，格栅数钢架或衬彩砌混凝土统的支护，闯能很好防大止塌方。奏C径．加强围森岩变形观耻测是预防柜塌方的有斗效方法之蓬一。变形调现象是指拦隧道在巨咬大地压作故用下，围道岩屈服变营形，墙壁莲向内移动觉，隧道变境窄的一种桃地压现象煮。变形是脸一种塌方羽前兆。洞纲室开挖后结，岩体的荷重新稳定律过程中，咬围岩都存昌在变形，驼当变形超窝过允许范滋围时，就许发生塌方档。在隧道孤新奥法施柴工中，通命过量测仪愚器对围岩规的变形量硬和变形速烂率的观测异分析，推裂测其最大胡变形量，努估算是否症会发生塌胖方，提前钱作出预告朽，以决定吧采取合理坛的支护。页目前采取位的观测方靠法有位移宇观测、收愉敛位移观遗测、压力划量测等，纱最常用是桶收敛位移盐量测，即必量测隧洞浇周边或结谦构物内部环净空尺寸器的变化，躺各国隧道覆洞室允许予变形量标墨准不尽相慧同，前苏雅联学者通娘过对大量壮观测数据语的整理，黎得出了用素于计算洞亏室周边容革许变形值雷的近似公状式：慧拱顶弦：书δ别1=12耀·b0/旧f1.貌5兰（阅m新m葬）边墙灾：降δ超2=4.圆5·H1性.5/f观2(mm随)堪式中掘：良f联—照普氏系数杀b感０务—薯洞室跨度除Ｈ扩—妇边墙自拱偏脚至底板福的高度王（往m燃）困δ姻２值一般些从拱脚起污算遗（喉1/邮3贴～牌2/3行H玩）段内测霸定。愚我国国家净标准《锚纹杆喷射混体凝土支护粱技术规范叙》赴（玻GBJ8世6贞—啊8嫁5饿）关于洞摧周容许相蹦对收敛量钻的规定是剧：胁洞周容许朽相对收敛兵量（％）渗（岗GBJ8拴6震—象8舍5盖）倡(2恭)躲岩爆引起牲塌方的预炼防方法刃A谷.抵岩爆产生悠机理：岩烧爆是高应在力区，地僵下洞室开失挖中围岩烈脆性破坏价时应变能扯突然释放虑所造成的跳一种动力黄失稳现象黎，由于岩燕体中储藏厌的能量通蚕常以弹性背变形的形斑式储聚，丸高应力集漂中区内，维弹性变形灶越大，储黎备的能量番越多，开蒜挖后围岩衣表面应力递被解除，灭具有高度迹弹性的脆须性岩层由海于爆破冲里击波的作果用，动应苍力和应变启静应力瞬馋量叠加和燕释放产生拼了脆性断稳裂，形成炕了岩爆，旗对岩爆的芬及时支护聚，既保障家施工安全睡，还可以绝减少因岩咬爆所引起激塌方的产毙生。当洞筛室埋深较龟大、开挖讯岩体完整肿性较好，侄且干燥无段水时，应倚预防岩爆扁的发生。慈B馋．开挖时鞠的预防：悟隧洞爆破疾开挖，既乘可以使围肠岩应力得雀到部分释纱放，也可雹以产生新酸的应力集科中，发生稼岩爆，在呈可能发生旬岩爆区段悉内采取二折次开挖，骆先开挖上哗半断面，昌减少光面宏爆破的周户边眼间距牧，且尽量读分布均匀希，以使开拘挖轮廓线械相对圆顺炎，减少新膨的应力集伤中，周边忽眼采用小嚼药卷或间耐隔装胸药，爆破袭时导爆管欠段位增加眯，降低同际段起爆药英量，以尽亲量减少爆初破对围岩堪的扰动，药诱发岩爆尘的产生。喘C梯．开挖后毙，岩爆洞梳段的处理桥方法：升a滴.冒爆破后立放即向工作握面、爆破尚面喷水，干充分湿润露围岩，可扎以很好缓旷释围岩应丢力；捏b雷．清除松捏动围岩后苗，素喷混苍凝土支护璃，厚度甩为班5c种m箱左右，目抓的是将表鼻部破裂岩盐块连固在学一起，进感一步圆顺签开挖轮廓家线，缓解啄应力集中伏，有很好宫的削减岩理爆的作用缺，对轻微教岩爆还可田以取到一有次防护成系功，避免摄诱发中强帝岩爆，实帅验表明，燕含钢纤维课混凝土，查其抗拉强路度明显强凝，能取得另很好的支喜护效果。衫C方．对中强咸岩爆洞段谅，在初期楚喷护后，腿应尽快采闪用浅孔密料锚网喷混系凝土的补傲强支护，萍锚杆可耐用萝Φ牧2竭2暂，长度偶为原2.陷0午～傲3.0独m喝，间公距嫩1.降0贸～贵2.0野m步梅花型交聪错布置，沿尾部加垫剥紧贴岩面谨，朱挂床20cm越×20c步m村，陷Φ忽6青或蜜Φ辽8蛾钢筋网，蕉喷混凝多土度1欲0榴～项15c鞋m上支护。奸（三3桌）富水洞溜段塌方的僻预防梁在地下水龟丰富的断居层破碎带烫，大量的府渗水、淋干水甚至于仓涌水的部蜡位，不仅扮影响施工料的进度和杰质量，还绝容易造成县塌方。在廊此种地段关施工时，贫及时排水鄙是预防塌刚方的关键求，在了解碗岩石节理锤裂隙破碎检带的走向惧、倾向和留倾角后，唱对于少量炭集中渗水吸、淋水地抖段，在将腿要通过的梁透水层部因位布置一屡定数量的须排水孔或想埋设排水查管，将渗嫩、淋水集帖中到排水接孔内导出莫，称为排疤水孔法或破排水管法北；也可以夺通过在钢摄筋网背后他铺过滤层梁或隔水层根，将其固角定在围岩耗上，通过候软管边排侨水、边喷孔射混凝土德，称为金在属网法；笨如遇较大纪涌水，在扯支护时对棕主要涌水码出水口暂赞不进行封亲堵支护，离待涌水减露小或没有旺时，再进促行支护或练进行固结纵封堵，迫粪使水流改山变流向，渗一般涌水万处理方法吵如下图所抚示；爹（嘉4刑）瓦斯洞爹段塌方的摸预防步瓦斯是从圣煤层中突步出的一种尤可燃可爆撤气体。当蚁隧道穿过扶含有煤层勾的洞段时失，不仅要吊注意煤层负的稳定问潮题，更应炮防范瓦斯泉爆炸所引食起的塌方翠，因此引俱起塌方的盘预防方法隆主要是及衡时向洞内筑通风，将始洞内瓦斯弟气体稀释盒和排出，迅在施工时挎减少金