隧洞塌方成因分析及處治方案設計

施遠初

廣西壯族自治區水電工程局國際工程部

摘要：在隧洞施工中，造成塌方的因素很多很復雜，不良的地質條件、施工不當、天氣水文的影響、認識因素等因素都有可能造成隧洞塌方的原因，不同項目的水工隧洞，由于所處地域不同，工程地質條件、圍巖類別、地下水等差別很大，針對具體塌方問題采取針對性的處理措施是解決隧洞塌方的有效處理方法。本文分析了隧洞塌方產生的原因，提出了針對性的解決方案，為類似的工程事故的處理提供了借鑒的經驗。

關鍵詞：隧洞塌方；成因分析；處理方案

1.隧道塌方的原因

1.1不良的地質條件

不良的地質條件指的是施工的隧洞洞身地質較差，圍巖的自我穩定能力較差，在施工還沒開始之前或是還未進行維護支撐工作的時候，隧洞洞身就發生了坍塌和破壞。地下水的影響，在不同的地域區別很大。如果地下水的腐蝕性過強，對于地質結構的影響會很大。不僅如此，如果施工的區域處于斷層褶皺或是其他地形復雜的區域，在施工的過程中也會有很多的不可預見性，那么施工將會變得極為艱難。

1.2施工不當

隧洞坍塌的另一個原因就是施工不當，造成施工不當的因素有可能是對地質勘查的不準確，未對地質的不良因素做出正確的預估和分析。例如在圍巖的分級或是需要挖進的循環進尺不能進行正確的評估和最終敲定，導致在施工過程中的失敗。還有就是對地下水的分析過程中未能夠正確得出結果，對地質的勘測和評估出現了差錯，也容易導致施工的不恰當。除了上述這些導致施工不當的原因外，在施工過程中也有不恰當的作用直接導致了隧洞的坍塌。施工過程中爆破失敗，會直接導致隧洞的坍塌，這是由于圍巖的應力過于集中。又或者是在施工過程中沒有按照要求和圖紙來進行施工，這種低級的施工不當也會導致隧洞的坍塌。

1.3天氣水文的影響

天氣氣候和水文條件都會對施工造成一定的影響，例如選擇施工的區域在天氣上經常會陰晴不定，這樣對施工也會造成不小的影響，如果在施工的過程中，天降暴雨，強大的暴雨沖刷，極容易產生山體的坍塌和泥石流等情況發生。不僅帶來了坍塌的風險，同時也對施工工人構成了生命威脅。其次就是水文對地質的影響，地下水在施工勘察的工作中是中心，地下水分析是地質勘察的基礎，因為地下水的成分對地質會產生一定的影響，例如，地下水含有酸性離子或是酸性氣體的存在就會具有腐蝕性，無論是對建筑材料還是土質結構都會有一定的影響。

1.4認識因素

認識因素指的是施工隊對地質勘察不夠，技術水平不夠先進等因素。由于在對施工的認識不清，導致了施工失敗，隧洞坍塌的情況也時有發生，所以針對這種認識不足的原因，應該運用科學來予以解決。

2.針對隧洞塌方的治理措施

2.1小型塌方

小型塌方是指小規模的坍塌，對于這種情況，首先要對塌方的頂部進行支撐和加固，然后再派專業人員進洞視察，確定原因之后，在保證絕對安全的情況下派遣清理小組進洞進行清理工作。

2.2大中型塌方

對于大中型塌方，最首要的就是對塌方的部位的兩端進行支撐加固，避免塌方的繼續擴大。同時采用插板法進行支撐后，在其保護作用下進洞，實行邊挖邊壘砌的方法。

2.3塌方伴隨涌水突泥

塌方伴隨涌水突泥這種情況，其實施修補工程時難度更大，危險系數更高。首先要保證施工人員和技術人員的生命安全。對塌方導致的涌水突泥，要注重注漿封堵引排水這幾個要點。在涌水突泥情況的發生之前要將人員撤離到安全地段，在相應的地段進行支撐加固。

3洞挖塌方治理實例

3.1洞挖塌方經過

某洞挖至8+120m樁號時，巖石由Ⅲ類圍巖轉變為Ⅳ類圍巖。改變洞挖方式，由Ⅲ類圍巖的每一循環進尺2m改為每一循環進尺0.8m，支護方式為槽鋼[20成拱，間隔0.8m，掛網噴C25砼，拱頂半圓部分錨入鋼筋Φ25，L=2.50m，間距@=20cm，在洞挖施工到第5次循環，樁號為8+116.80m～8+116.00m時，在出碴接近結束時，發現開挖工作面的左半邊頂部有拇指大的水流從裂縫中涌出，且水流不斷地增多。當班組長停止出碴工作，提前組織支護，但支護剛開始，水孔裂縫變大，伴隨有泥漿涌出，已經無法再進行支護工作，工人撤出工作面后半小時，洞頂發生管涌塌方，流沙堆積到第三道防護碴堆，塌方體約250m?泥沙。

3.2洞挖塌方的原因

洞挖進入F5斷層帶，F5斷層是上、下游兩座山體的交接處，洞頂覆蓋層只有35.00m，巖石破碎，洞挖已經破壞裂隙的原有結構，并已擊穿水帶。經過幾天觀測，水流流量保持在6～7m?/h左右，泥沙滲出在半小時左右涌出一次。山坡底部表面發生凹陷，經測量，在洞挖工作面的左上部山體，應該是洞內塌方影響到地表的塌陷。

3.3處理方案

3.3.1方案一

沿山體修一條500多米的交通便道運送地質鉆機到塌陷處鉆孔，鉆孔深30m～35m，鉆孔數6～9孔。之后對塌陷處灌壓水泥漿，發現空腔則澆筑砂漿或者砼。待塌體固結穩定后，洞內洞挖按塌方體開挖方式恢復施工。 該方案需要的處理時間較長，修路、鉆孔、灌漿（砼）工作預計需時25天左右。且灌漿（砼）工作量大，鉆機在工作時，塌體不安全，隨時有新坍塌發生。

3.3.2方案二

人工配合ZL50裝載機清除部分流沙，在塌方體的工作面上，人工用風鎬清挖塌方部分，清空到半圓（2.25m）后，先干噴素C25砼5cm后立拱穩固塌方體，掛網噴C25砼15cm，孔頂塌方形成的空腔用塊石砼填滿。12h后，對工作面倒數第一排拱架處的管棚補充鉆孔，完成拱頂半圓管棚的布設，同時對原先塌方處的懸空管棚及注漿不達要求的灌漿孔補充注漿。補充灌漿完成12h后，清除流沙體，完成洞體下半部分支護。同時對滲水處埋φ50塑料管引流集中排水。 工作面恢復工作后，按Ⅴ類圍巖的開挖支護方式進行洞挖作業，單循環進遲控制在0.5m，且每間隔一榀拱架（1.0m），必須用φ40，L=2.50m的超前管棚灌漿固結洞體圍巖，直到通過F5斷層帶。經評估，采用該方案。

3.4措施

洞外人工在地面塌陷處周邊進行引、排水防護，防止山體水流入坍塌坑。洞內流沙體表面攤輔木板，用人工沿左側洞壁耙一條排水溝，集中排水；用長度L=1.5m，φ40鐵管，人工打入流沙體，鐵管周邊鉆5mm孔，孔距50cm，梅花形布置；利用灌漿機注入水灰比為0.8的水泥漿，水泥漿按5%比例加入水玻璃；灌漿順序由高處向低處。第一次灌漿完成后，等待1小時進行第二次補灌，灌漿以流沙面有水泥漿冒漿為標準停止灌漿；流砂基層處理后，約10小時，施工人員站在流沙面不會下陷后，在距塌方工作面2.40m和0.80m的拱架頂鉆孔施工管棚。管棚仰角在30°左右，鉆孔設備使用YT-28型氣腿鉆機。鉆孔完成后用鉆機送入周邊梅花型鉆孔的φ40鋼管，管尾2.0m部分不鉆孔，管頭制成尖頭形狀；向鋼管注入水灰比為0.6～0.5的水泥漿.水泥漿中加入5%的水玻璃。灌漿分兩次進行，灌漿機設置的壓力值第一次為1個大氣壓，第二次為1.5個大氣壓。每次由低處向高處灌，注灌孔以洞邊冒漿或鄰近周邊孔冒漿或連續灌漿15分鐘，灌孔吃漿沒變化的，或已達設定的壓力的灌孔，停止灌漿。第二次補灌在第一次灌注后5h進行；灌漿作業完成24h后，原本多處滲水的工作面，水流處水流明顯減小，流沙停止涌出，水流變清水，證明洞內的塌方體已經得到有效控制。

4.總結

通過本文對隧洞坍塌的討論研究，我們對其又有了進一步的了解。在隧洞的施工中，坍塌的危險存在很大風險。通過對隧洞坍塌的原因進行分析，我們對掌握隧洞坍塌的治理工作更加清晰。在應對隧洞坍塌的情況，首先要對坍塌的形成原因作出分析，其次是針對這些原因對隧洞進行修補工作，在保障人身安全的情況下，對隧洞進行修補工作。隧洞塌方的研究工作對日后的隧洞施工工作有著巨大的幫助，在科學越來越發達的現代，會有越來越多先進的技術和方法來幫助解決隧洞坍塌的問題，這對于建筑行業來說是一個里程碑。

參考文獻：

[1]胡建春. 長河水電站引水隧洞塌方處理方案探討[J]. 科技通報，2013，02：112-114.

[2]唐林剛. 淺談水利工程隧洞塌方處理[J]. 低碳世界，2013，22：105-106.

[3]黃榮旺. 論水利工程隧洞塌方的處理方法[J]. 科技致富向導，2012，35：334+342.