淺議隧道塌方的原因及預防措施

趙鵬宇 王志超

摘要：塌方是隧道施工中常見的工程事故。本文在對塌方的危害、塌方機理及其原因進行分析后，提出了一定的預防措施，包括設計過程和施工過程兩個方面。

關鍵詞：隧道塌方 塌方原因 預防措施

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

1.塌方發(fā)生機理及其原因

1.1 塌方的機理

（1）石質(zhì)塌方

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

（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展，圍巖的整體強度就會降低，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)空洞而導致局部坍塌，如果是在淺埋地段時，塑性區(qū)將進一步增大，土壓力也隨之增加最終導致整體失穩(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為因素，也有非人為因素，大致可以分為如下幾個方面：

（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，以及高地應力、溶洞、涌水等。

（2）設計因素。如洞口的位置選擇不當、設計的支護參數(shù)偏小，對于特殊的不良地質(zhì)地段，施工參數(shù)選擇不當。

（3）施工技術。主要有一下幾個方面：

1）超前支護措施未采取或雖然采取但質(zhì)量和效果未能達到要求；

2）初期支護未按設計的參數(shù)進行，使圍巖的穩(wěn)定性達不到要求；

3）隧道開挖施工時對圍巖的擾動過大；

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

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

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

2.隧道塌方的預防

2.1 設計過程中塌方的預防

地質(zhì)條件是制約地下工程安全、質(zhì)量、工程投資的關鍵因素，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，能夠有完備的技術方案和物質(zhì)準備，以及合理的施工方法以預防塌方。

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

（2）支護參數(shù)設計。巖石在開挖后，由于受力平衡體系的破壞和應力的重分布，須及時采取支護，如何選定合理的支護參數(shù)，對隧道塌方的預防起著非常重要的作用。如果支護參數(shù)過大，就會增加工程投入，而支護參數(shù)過小就會因支護強度不夠，造成支護結構破壞，直接形成塌方，或者在更換支撐時，造成圍巖應力的再一次重分布，而引起塌方。

2.2 施工過程中塌方的預防

（1）施工工程中的地質(zhì)預測

長大隧道其本身所穿越的地質(zhì)構造就十分復雜，而施工前期設計階段的地質(zhì)勘查只能是從宏觀上分析整個區(qū)段內(nèi)的基本地質(zhì)情況，造成局部地質(zhì)資料不足，所以在施工進行中的地質(zhì)預測就顯得十分重要。

（2）部分不良地質(zhì)地段施工預防

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

① 開挖階段的預防。在可能發(fā)生巖爆的區(qū)段內(nèi)采取超前鉆孔，先進行部分卸壓；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圓順，減少新的應力集中；盡量減少對圍巖的擾動，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圍巖，從而緩解圍巖應力；在清除松動圍巖后，素噴混凝土支護，厚度一般為5cm，將表面破裂巖塊連固在一起，從而進一步圓順開挖輪廓線，緩解應力集中，對削減巖爆能起到很好的作用，對輕微巖爆還可以起到一次防護，避免誘發(fā)中強巖爆。

2）富水段塌方的預防。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，不僅影響施工的進度和質(zhì)量，還容易造成塌方，在此地段施工時，及時排水是關鍵。對于少量集中滲水、淋水地段，在將要通過的透水層部位布置一定數(shù)量的排水孔或埋設排水管，將滲、淋水集中到排水孔內(nèi)導出，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，在支護時對主要涌水出水口處暫不進行封堵支護，待涌水減小或沒有時，再進行支護或進行固結封堵。

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

3.結語

隧道建設充滿了不確定性，在建設過程中會遇到一系列的問題，塌方就是其中嚴重的一項。但是如果在施工前能夠做好對隧道周邊地質(zhì)狀況的充分了解，對可能發(fā)生塌方的地段進行充分分析，選擇最合適的工程設計，保證超前預報質(zhì)量，同時及時做好監(jiān)控量測工作，以定量的數(shù)據(jù)來指導施工，塌方是可以避免的。

參考文獻：

[1]JTGF60-2009.公路隧道施工技術規(guī)范[S].

[2]餌坤.大斷面公路隧道塌方治理技術研究[D].長安大學碩士學位論文，2008-4.

[3]馮衛(wèi)星，況勇，陳建軍.隧道塌方凜雍吩析[M].重慶：西南交通大學出版社，2002.