隧道塌方原因分析與處理方案

張忠維

(中交隧道工程局有限公司第四工程公司)

1 隧道塌方及其危害

1.1 隧道塌方

近幾年來(lái)，施工安全事故發(fā)生的越來(lái)越頻繁，給工作人員的人身安全和社會(huì)造成了極大的影響。隧道塌方是施工中較常發(fā)生的安全事故之一。所謂隧道塌方是指施工過(guò)程中由于應(yīng)力作用洞頂與兩側(cè)的部分巖石和泥沙土大量塌落的現(xiàn)象。造成塌落主要是因?yàn)樵陂_(kāi)挖時(shí)，隧道周?chē)乃绍泿r體由于土體壓力的作用而產(chǎn)生了裂縫破壞。還有可能是因?yàn)閲鷰r內(nèi)部早已經(jīng)有節(jié)理和層理松弛剝落的現(xiàn)象。隧道塌方事故隨時(shí)可能發(fā)生在整個(gè)隧道施工的過(guò)程中，隧道開(kāi)挖、施工支護(hù)甚至在隧道襯砌之后都有可能發(fā)生塌方。

1.2 塌方危害

一旦發(fā)生隧道塌方事故，帶來(lái)的后果不可謂不嚴(yán)重。不僅對(duì)施工人員造成極大的人身安全威脅，還延長(zhǎng)了隧道的施工工期、增大了工程預(yù)算、極大程度的破壞了機(jī)械設(shè)備和降低了施工單位的施工質(zhì)量。隧道塌方有高發(fā)性和高危性兩大特點(diǎn)，除了了給施工安全帶來(lái)嚴(yán)重的威脅，還給社會(huì)造成了不良的影響。我們不得不對(duì)塌方的成因進(jìn)行深入的研究，在今后的施工過(guò)程中采取有效的工程預(yù)防和防治措施來(lái)減少塌方帶來(lái)的危害。

2 塌方的成因分析

2.1 地形地貌條件

常常引發(fā)塌方的地形條件主要有四個(gè)。(1)隧道貫穿的整個(gè)地層中存在薄弱地段。(2)隧道穿過(guò)比如地鐵、地下通道、窯洞等埋深較淺的地面建筑物。(3)在隧道穿過(guò)的地表有水塘、水庫(kù)、河流、水溝、溝槽等水源地段。(4)隧道本身存在于有斷層、巖堆、松軟帶等的特殊地層，會(huì)對(duì)隧道洞身和洞口的安全造成嚴(yán)重影響。

2.2 不良地質(zhì)

在隧道施工的過(guò)程中，出現(xiàn)了斷層、軟弱夾層或者破碎帶的圍巖地質(zhì)條件，一旦開(kāi)挖，附加的應(yīng)力容易使圍巖失穩(wěn)。若大面積圍巖失穩(wěn)則引起塌方。在經(jīng)過(guò)堆積體地段，因結(jié)構(gòu)的顆粒之間膠結(jié)不牢固致使土塊松散，開(kāi)挖后也容易引起坍塌。

2.3 地下水侵害

水是隧道發(fā)生塌方的重要因素。巖體進(jìn)過(guò)了地下水的浸泡、軟化、沖蝕和溶解，強(qiáng)度大大的降低，巖體失穩(wěn)和塌落速度加劇。存在于巖層軟硬之間的巖體在地下水的侵害下，軟弱面強(qiáng)度降低，容易引發(fā)滑塌。

2.4 設(shè)計(jì)、施工不當(dāng)

施工前地質(zhì)勘察不細(xì)、支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合圍巖、設(shè)計(jì)強(qiáng)度不足都是有可能由于設(shè)計(jì)原因而導(dǎo)致塌方。施工時(shí)操作不規(guī)范也可能引起隧道塌方。不規(guī)范的方面包括施工方法、順序和工藝不當(dāng);不合適圍巖的施工技術(shù)和不良的操作;發(fā)現(xiàn)圍巖地質(zhì)條件不合時(shí)沒(méi)有及時(shí)的改變施工方案等等。

3 塌方處理方案

3.1 洞口塌方處理

對(duì)于隧道洞口的塌方，能清理則清理干凈。對(duì)于大型的塌方，不能全部清理干凈的，可用噴錨網(wǎng)進(jìn)行加固。在仰坡上選擇合適的位置布置擋墻當(dāng)作防護(hù)，擋墻可用漿砌片石。加固完仰坡后，在洞口的露空洞身采用明洞襯砌，在拱圈的頂部填實(shí)漿砌片石或者土石。根據(jù)仰坡處理后的情況，適當(dāng)加強(qiáng)洞身的二次襯砌?？刹捎玫姆椒ㄊ怯娩摶炷?、鋼架混凝土襯砌或者擴(kuò)大襯砌的厚度。

3.2 洞內(nèi)塌方處理

(1)初期塌方處理。

塌方通過(guò)初期處理可以防止塌體繼續(xù)擴(kuò)展，分步采用三個(gè)措施。①在塌體表面噴射混凝土漿，鞏固圍巖，防止塌體發(fā)生滑塌。②對(duì)于塌低于地表的漏斗地要在周?chē)M(jìn)行截水。若碰到雨天，則在塌體上方搭建遮雨棚，防止雨水進(jìn)入塌體內(nèi)造成塌體侵蝕，容易產(chǎn)生滑塌。待處理完后，要對(duì)漏斗地進(jìn)行土石填實(shí)，等填土沉降穩(wěn)定后在表面襯砌漿砌片石。③對(duì)塌體后方進(jìn)行二次襯砌，鞏固塌體后方。之后進(jìn)行支護(hù)結(jié)構(gòu)的施工，防止圍巖變形繼續(xù)發(fā)生塌方。

(2)塌體處理。

①小導(dǎo)管注漿法:小型塌方或者在地質(zhì)條件較差地段發(fā)生的塌方可以用小導(dǎo)管注漿法處理。主要的措施是通過(guò)預(yù)注漿鞏固塌體和圍巖，也可以用鋼拱架與噴混凝土漿相結(jié)合進(jìn)行加固。

②管棚法:對(duì)于影響較大，塌方較嚴(yán)重的塌體采用管棚法。具體的措施就是用預(yù)注漿加固塌體和圍巖，之后在保證潛在變形的基礎(chǔ)上對(duì)塌體和圍巖進(jìn)行打管鵬。注漿用的管子通常使用花管，還能擠密土體，有時(shí)花管可以和鋼軌結(jié)合使用。要注意管棚施工中的鋼管不宜過(guò)短，最好長(zhǎng)點(diǎn)，這樣可以減少材料和施工時(shí)間的疊加，從而加快施工速度。

③二次襯砌加強(qiáng)及回填法:經(jīng)過(guò)實(shí)踐表明，塌方之后的襯砌荷載要比塌方前的大，所以在塌方之后的塌體處理要加強(qiáng)襯砌。要加強(qiáng)襯砌首先就要采用較高強(qiáng)度的混凝土和采用鋼筋、型鋼或者鋼軌。并且要通過(guò)回填來(lái)加固塌穴，這樣可以減少襯砌荷載?；靥畹牟牧喜荒苁撬缮⒌牟牧?，必須是有一定承載力的材料，并且回填的高度要求在6 m左右。

④三臺(tái)階開(kāi)挖法:根據(jù)新奧法原理在施工過(guò)程中的“弱爆破、短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、早封閉、勤測(cè)量、緊襯砌”的原則，塌體的處理可以用三臺(tái)階開(kāi)挖法。臺(tái)階開(kāi)挖的長(zhǎng)度保持在3～5 m，主要是采用人工風(fēng)鎬加挖掘機(jī)方法，以微弱爆破為輔。用裝載機(jī)裝或挖掘機(jī)出渣，然后用自卸汽車(chē)運(yùn)送。一榀拱架的距離為一循環(huán)進(jìn)尺，這樣方便順利的通過(guò)塌體。

4 結(jié)束語(yǔ)

塌方屬于隧道施工中發(fā)生的嚴(yán)重威脅安全的突發(fā)性事故，但是因隧道的地質(zhì)條件和施工條件復(fù)雜，對(duì)圍巖的變形情況的監(jiān)控量測(cè)和地質(zhì)預(yù)報(bào)工作比較難，出現(xiàn)塌方現(xiàn)象是在所難免的。施工時(shí)要隨時(shí)關(guān)注圍巖易失穩(wěn)、軟弱帶、斷層地段，在其位置作出明確的標(biāo)識(shí)，根據(jù)實(shí)際的情況要作出采用合理的開(kāi)挖的方法和合理的支護(hù)方法。塌方發(fā)生后，要及時(shí)的分析事故發(fā)生的原因，不僅要及時(shí)的搶救施工人員和機(jī)械設(shè)備，還要采取有效的措施來(lái)控制塌方。

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