淺議隧道塌方的原因及預(yù)防措施

趙鵬宇 王志超

摘要：塌方是隧道施工中常見的工程事故。本文在對(duì)塌方的危害、塌方機(jī)理及其原因進(jìn)行分析后，提出了一定的預(yù)防措施，包括設(shè)計(jì)過程和施工過程兩個(gè)方面。

關(guān)鍵詞：隧道塌方 塌方原因 預(yù)防措施

隧道是地下工程的一個(gè)重要分支，它處于地下，處于山體內(nèi)，所以它在施工時(shí)存在有很多的不確定性，以及危險(xiǎn)性。隧道在掘進(jìn)時(shí)，周圍巖體的結(jié)構(gòu)和受力狀態(tài)將會(huì)被破壞，應(yīng)力重新分布，造成受力體系不平衡，如果圍巖不好就會(huì)形成塌方。所以盡量準(zhǔn)確的了解前方巖體的性質(zhì)，針對(duì)性的采取一定的開挖方法和支護(hù)措施，能有效的預(yù)防隧道塌方的發(fā)生，是施工能順利進(jìn)行。因此本文就隧道塌方的原因及預(yù)防措施進(jìn)行一定的分析，借以加深對(duì)隧道塌方的理解。

1.塌方發(fā)生機(jī)理及其原因

1.1 塌方的機(jī)理

（1）石質(zhì)塌方

隧道開挖后，其周邊的巖體處于懸空狀態(tài)，就會(huì)發(fā)生下沉或收斂變形以釋放巖體內(nèi)部的應(yīng)力，由于巖體中存在層理和節(jié)理，有時(shí)還會(huì)有軟弱夾層，如果未采取相應(yīng)的支護(hù)措施或所采取的支護(hù)措施不能滿足要求時(shí)，就會(huì)很容易的出現(xiàn)掉塊，而掉塊數(shù)量達(dá)到一定程度時(shí)就會(huì)形成塌方。

（2）土質(zhì)塌方

土質(zhì)類隧道或洞室開挖后，由于圍巖的c、φ值較低，所以周邊一定范圍內(nèi)很快發(fā)生松弛變形，而隨著變形的逐漸擴(kuò)展，圍巖的整體強(qiáng)度就會(huì)降低，土壓增加，從而引發(fā)局部的塑性破壞造成圍巖內(nèi)部出現(xiàn)空洞而導(dǎo)致局部坍塌，如果是在淺埋地段時(shí)，塑性區(qū)將進(jìn)一步增大，土壓力也隨之增加最終導(dǎo)致整體失穩(wěn)，大面積坍塌。

1.2 塌方的原因

發(fā)生隧道塌方的原因有認(rèn)為因素，也有非人為因素，大致可以分為如下幾個(gè)方面：

（1）地質(zhì)因素。主要有圍巖地質(zhì)條件突然變壞，施工中出現(xiàn)了大斷層、破碎帶或軟弱夾層，以及高地應(yīng)力、溶洞、涌水等。

（2）設(shè)計(jì)因素。如洞口的位置選擇不當(dāng)、設(shè)計(jì)的支護(hù)參數(shù)偏小，對(duì)于特殊的不良地質(zhì)地段，施工參數(shù)選擇不當(dāng)。

（3）施工技術(shù)。主要有一下幾個(gè)方面：

1）超前支護(hù)措施未采取或雖然采取但質(zhì)量和效果未能達(dá)到要求；

2）初期支護(hù)未按設(shè)計(jì)的參數(shù)進(jìn)行，使圍巖的穩(wěn)定性達(dá)不到要求；

3）隧道開挖施工時(shí)對(duì)圍巖的擾動(dòng)過大；

4）施作二次襯砌的時(shí)間太遲，圍巖無(wú)法承受應(yīng)力重分布后帶來(lái)的直接作用而發(fā)生塌方；

5）在軟弱圍巖中施工時(shí)，沒有及時(shí)施作仰拱，形成封閉的環(huán)狀受力，而形成塌方；

6）沒有及時(shí)開展監(jiān)控量測(cè)工作，及完整的信息反饋，而造成施工決策失誤。

2.隧道塌方的預(yù)防

2.1 設(shè)計(jì)過程中塌方的預(yù)防

地質(zhì)條件是制約地下工程安全、質(zhì)量、工程投資的關(guān)鍵因素，同樣塌方的產(chǎn)生與地質(zhì)條件的好壞也有著緊密的聯(lián)系。所以在施工前，進(jìn)行詳盡合理的施工調(diào)查是非常必要的，從而在經(jīng)過不良地質(zhì)地段時(shí)，能夠有完備的技術(shù)方案和物質(zhì)準(zhǔn)備，以及合理的施工方法以預(yù)防塌方。

（1）選擇設(shè)計(jì)。掌握隧道周邊區(qū)域內(nèi)宏觀的地質(zhì)背景、地質(zhì)構(gòu)造特征、地形地貌，并分析隧道區(qū)段內(nèi)的斷層、富水帶、高地應(yīng)力分布情況，合理的進(jìn)行隧道的線型設(shè)計(jì)，保證施工安全，預(yù)防塌方的發(fā)生。

（2）支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)。巖石在開挖后，由于受力平衡體系的破壞和應(yīng)力的重分布，須及時(shí)采取支護(hù)，如何選定合理的支護(hù)參數(shù)，對(duì)隧道塌方的預(yù)防起著非常重要的作用。如果支護(hù)參數(shù)過大，就會(huì)增加工程投入，而支護(hù)參數(shù)過小就會(huì)因支護(hù)強(qiáng)度不夠，造成支護(hù)結(jié)構(gòu)破壞，直接形成塌方，或者在更換支撐時(shí)，造成圍巖應(yīng)力的再一次重分布，而引起塌方。

2.2 施工過程中塌方的預(yù)防

（1）施工工程中的地質(zhì)預(yù)測(cè)

長(zhǎng)大隧道其本身所穿越的地質(zhì)構(gòu)造就十分復(fù)雜，而施工前期設(shè)計(jì)階段的地質(zhì)勘查只能是從宏觀上分析整個(gè)區(qū)段內(nèi)的基本地質(zhì)情況，造成局部地質(zhì)資料不足，所以在施工進(jìn)行中的地質(zhì)預(yù)測(cè)就顯得十分重要。

（2）部分不良地質(zhì)地段施工預(yù)防

1）巖爆所引起的塌方預(yù)防方法。巖爆是高地應(yīng)力區(qū)地下洞室開挖中圍巖脆性破壞時(shí)應(yīng)變能突然釋放所造成的一種動(dòng)力失穩(wěn)現(xiàn)象。其預(yù)防工作主要在兩個(gè)方面：

① 開挖階段的預(yù)防。在可能發(fā)生巖爆的區(qū)段內(nèi)采取超前鉆孔，先進(jìn)行部分卸壓；減小光面爆破的周邊眼距，且盡量分布均勻，以使開挖輪廓線相對(duì)圓順，減少新的應(yīng)力集中；盡量減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)，避免誘發(fā)巖爆的發(fā)生。

② 開挖后巖爆區(qū)段的處理。爆破后即向工作面、爆破面噴水充分濕潤(rùn)圍巖，從而緩解圍巖應(yīng)力；在清除松動(dòng)圍巖后，素噴混凝土支護(hù)，厚度一般為5cm，將表面破裂巖塊連固在一起，從而進(jìn)一步圓順開挖輪廓線，緩解應(yīng)力集中，對(duì)削減巖爆能起到很好的作用，對(duì)輕微巖爆還可以起到一次防護(hù)，避免誘發(fā)中強(qiáng)巖爆。

2）富水段塌方的預(yù)防。在地下水豐富的斷層破碎帶，大量的滲水、淋水甚至于涌水的部位，不僅影響施工的進(jìn)度和質(zhì)量，還容易造成塌方，在此地段施工時(shí)，及時(shí)排水是關(guān)鍵。對(duì)于少量集中滲水、淋水地段，在將要通過的透水層部位布置一定數(shù)量的排水孔或埋設(shè)排水管，將滲、淋水集中到排水孔內(nèi)導(dǎo)出，稱為排水管法；也可以通過在鋼筋網(wǎng)背后鋪過濾層或隔水層，將其固定在圍巖上，通過軟管邊排水邊噴射混凝土，稱為金屬網(wǎng)法；如遇較大涌水，在支護(hù)時(shí)對(duì)主要涌水出水口處暫不進(jìn)行封堵支護(hù)，待涌水減小或沒有時(shí)，再進(jìn)行支護(hù)或進(jìn)行固結(jié)封堵。

3）消除人為因素的影響是預(yù)防塌方的重要途徑。在隧道的施工過程中，須對(duì)工期作合理的安排，在思想上一直保持警惕狀態(tài)，在技術(shù)上對(duì)可能遭遇的塌方有詳細(xì)的應(yīng)對(duì)措施。當(dāng)出現(xiàn)斷層或其它不良地質(zhì)易形成塌方時(shí)，對(duì)地質(zhì)狀況作詳細(xì)分析，充分了解圍巖特征，借以選擇合理的施工措施，同時(shí)須加強(qiáng)對(duì)圍巖變形監(jiān)測(cè)，及時(shí)對(duì)不良變形采取加固措施，從而很好預(yù)防塌方的形成。

3.結(jié)語(yǔ)

隧道建設(shè)充滿了不確定性，在建設(shè)過程中會(huì)遇到一系列的問題，塌方就是其中嚴(yán)重的一項(xiàng)。但是如果在施工前能夠做好對(duì)隧道周邊地質(zhì)狀況的充分了解，對(duì)可能發(fā)生塌方的地段進(jìn)行充分分析，選擇最合適的工程設(shè)計(jì)，保證超前預(yù)報(bào)質(zhì)量，同時(shí)及時(shí)做好監(jiān)控量測(cè)工作，以定量的數(shù)據(jù)來(lái)指導(dǎo)施工，塌方是可以避免的。

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