隧道施工塌方原因分析及处理措施

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　　摘要：叙述了隧道施工中常见塌方原因及一般处理措施，并结合塌方情况，提出施工预防措施。
　　关键词：隧道塌方原因；处理措施
　　隧道工程作为一项地下工程，由于地质勘探技术及地形条件的限制，对地下地质情况的钻探分析不可能做到详细了解，造成设计阶段对隧道衬砌结构的设计仅仅局限在钻探资料的理解和分析之上，不可避免会出现实际施工出现的地质与设计存在差异，往往造成设计衬砌结构无法满足实际地质衬砌需要而造成塌方现象，加之施工水平的差异，隧道施工中出现坍方现象较为普遍，要完全避免坍方，在目前施工条件和掘进水平下是很难做到的。目前对塌方的处理基本按照“小清理、大封堵”原则。现就隧道施工中普遍出现的塌方及处理措施分析如下：
　　1、塌方对隧道结构影响
　　隧道坍方是由于围岩失稳或衬砌结构无法抵挡围岩周边收敛变形或围岩应力释放等原因而导致的围岩塌落或衬砌结构变形破坏造成的衬砌结构坍塌现象。由于塌方体下落无形中加大了对临近塌方体的围岩或衬砌结构的影响，造成不同程度的破坏。所以在一般的塌方体处理过程中，除了处理塌方体本身影响范围外，必须对塌方体前后一定范围内的围岩或衬砌结构进行加强处理。
　　2、隧道塌方原因分析
　　2.1施工方法和措施不当造成的塌方
　　2.1.1由于隧道地质钻探条件的限制，不可避免的出现隧道掘进过程中出现新的地质变化，该地质条件的变化导致了原设计衬砌结构不能满足新地质条件的支撑需求，但施工时没有及时根据地质变化情况采取相应的施工措施，且新的地质条件变化后，由于施工单位依赖于设计单位的衬砌结构调整阶段而无及时采取相应的支护措施，造成地层暴露过久，引起围岩松动、风化，导致隧道塌方。
　　2.1.2由于施工过程中存在施工工艺、操作工艺不符合规范及设计要求，施工质量意识淡薄、安全意识不强等原因造成的塌方：
　　(1)超前小导管长度不足、数量不够，注浆效果不明显或未注浆；
　　(2)锚杆长度、间距、数量不足，拉拔力不够；
　　(3)锁脚锚杆打入长度、角度不符合设计要求，且与拱架未有效连接；
　　(4)支撑拱架间距偏大，拱架连接采取直接对接焊，未采取钢板搭接焊；且拱架加工时在拱顶正中部位设置了对接点；
　　(5)拱架纵向连接钢筋等不能有效连接，普遍造成每榀拱架间纵向钢筋断开；
　　(6)排水不及时造成拱脚长时间浸泡而导致围岩软弱；
　　(7)核心土的留设体积偏小，不能有效发挥核心土支挡掌子面稳定而失去核心土作用；
　　(8)仰拱采取半幅浇筑手段，不能及时封闭造成边、拱墙变形；
　　(9)边、拱墙开挖及拱架相接时间较长而造成上拱墙长时间处于失稳状态；
　　(10)忽视安全距离的控制而造成掌子面、仰拱和二衬之间的距离偏大而导致围岩完全依赖于初期支护；
　　(11)围岩爆破药量控制不当，造成围岩破碎失稳；
　　(12)超前地质预报工作流于形式，不能准确预报掌子面前面一定范围内的围岩变化情况，失去施工指导作用。
　　2.2设计原因造成的塌方
　　2.2.1地质钻探原因
　　由于设计支护结构依赖于钻探勘察分析的地质资料，由于钻探勘察受地形、技术、气候等原因的影响，不可避免的出现钻探资料的不完善，加之技术人员对钻探芯样认识和分析不足，造成地质地层结构分析的失误而导致围岩级别判定不准，对隧道支护衬砌结构的设计造成一定影响。
　　2.2.2设计支护结构偏弱
　　(1)隧道支护结构设计应该遵循“遇水降级、级别模糊降级”原则，即在勘探资料分析中隧道有水、或对围岩级别判定模糊时，设计应按围岩降级进行支护结构的设计，但由于设计人员的疏忽，设计时未充分考虑水对围岩级别的影响而导致设计支护结构偏弱，造成设计支护结构不能有效抵抗围岩变形受力；
　　(2)隧道通过破碎带、断层、流沙及涌水地层、膨胀土等不良地质时，由于钻探分析的失误造成具体位置判别有误，造成设计支护衬砌结构段落提前或落后，且对影响带一定范围内的围岩支护未予充分考虑，造成支护衬砌结构无法满足影响带范围围岩变化；
　　(3)由于地下地质复杂多变，虽然探勘分析资料给出了不同段落的围岩级别，但探勘工作无法做到任何部位的地质变化分析。如隧道同一断面存在不同围岩级别的现象较为普遍，此时的设计应按同一断面最差围岩进行考虑，但实际设计时该工作很难做到。
　　2.2.3地质超前预报失误
　　隧道超前地质预报是保证围岩地质、水文条件复杂、地下水较丰富的隧道正常施工的重要前提，应通过多种超前地质预报的组合、分析比较，准确预测前方围岩的水文、地质情况，确定适宜的开挖方法和支护形式，从而实现“信息化施工”。但由于技术人员的判别失误，造成围岩地质、水文条件的判定不准而造成开挖和支护、衬砌结构等不合理，在一定程度上影响了施工安全掘进，造成不同程度的塌方。
　　2.2.4线路的选位不合理
　　由于过多的考虑投资因素，线路的选择和确定不能百分之百从技术、地质、实际功能需求和可行性来考虑，出现一些选线不合理的情况。如果线路不合理，隧道穿越地层就有可能由好地层变为不良地质地段，就容易出现隧道塌方。如：线位高低的影响，从很大程度上决定了隧道埋深大小，一般情况下埋深大地质情况相对好，反之则差；线位经过沟谷的影响，极易造成隧道内地下水量大，出现突水、涌水现象极大提高；线位通过不良地质结构的影响，如断层破碎带、滑坡体、膨胀岩等，对隧道施工塌方留下一定的隐患。
　　2.3水对隧道的影响
　　2.3.1由于地下水对围岩（主要是指软弱围岩）的溶解、溶蚀、冲刷、软化等起到加速作用，改变了岩石（体）的强度，从而引起围岩的变形破坏、失稳塌方以及由地下水引起的隧道涌水。
　　2.3.2对于浅埋且穿过沟谷的隧道而言，由于雨季期间地表水下渗极易进入隧道内部，造成隧道围岩由于水作用而发生软化等现象，同时伴随地表裂缝、下沉等问题的发生，导致隧道塌方。
　　3、塌方处理措施
　　3.1加强设计工作
　　3.1.1充分考虑隧道选位
　　隧道线位的合理确定，是预防隧道施工塌方的前提保障。在设计阶段，应严格按照JTGD70-2004《公路隧道设计规范》“第3章隧道调查及围岩分级”的规定，加强对隧道所通过地区的工程地质、水文地质特别是自然地质灾害等的详细调查，认真分析所经地区地理环境、水文变化、岩性特点等有关问题，进行多方案比选，充分论证确定线位，尽可能的避免或绕行不良地质条件。
　　3.1.2加强地质勘探工作，详细摸清地质条件
　　勘察阶段应提高勘察精确度，充分探明工程水文地质条件，调查周边环境情况，认真分析地质变化，准确定位围岩级别，认真做好勘察报告，详细分析和说明复杂地质条件和周边环境及其可能给工程造成的危险，以及地形、地质条件复杂，可能发生滑坡、坍塌的工程的专项安全防护意见和建议。
　　3.1.3认真分析和研究地质勘查报告，综合考虑地质情况，详细做好设计工作
　　(1)隧道支护衬砌结构设计的前提依据是地质勘查报告，在设计阶段应认真分析和研究地质勘查报告，详细掌握不同地段不同岩性和围岩级别，并综合考虑水及不良地质条件对隧道可能带来的最不利因素，提出不同地段、不同围岩级别及不良地质条件下的相应支护衬砌结构。
　　(2)加强动态设计管理，对施工过程中根据施工监控、监测获得的新信息及出现的新问题，应及时进行数据处理和反馈，并及时调整和修改设计。
　　3.2严格规范施工管理
　　3.2.1结合设计参数，认真核对实际地质，制订相应施工方案

　　在施工前，应根据现场实际核查的地质水文情况，并结合设计参数，制订相应的专项施工技术方案，明确施工技术措施、安全措施及应急预案等，方案的制订应经项目经理、总工及全体技术人员从不同角度进行充分研讨并达成高度共识后，组织全体参建人员认真学习，掌握相应施工要领、安全主要事项后，方可予以执行。
　　3.2.2严格按照方案措施及设计参数和规范要求施工
　　施工过程中，加强方案措施落实和规范施工控制，严禁随意更改施工和设计参数。如确需变更时必须经相关主要人员同意后方可实施。在施工阶段，主要加强如下方面的控制：
　　(1)开挖方法的选择，应对隧道断面大小及形状、围岩的工程地质条件、埋置深度、支护条件、施工条件、环境条件、工期要求、工程量、机械配备能力、施工安全、经济性等相关因素进行综合分析，采用恰当的开挖方法，尤其应与支护条件相适应。隧道施工中，开挖方法是影响围岩稳定的重要因素之一，从工程造价和施工速度考虑，施工方法选择顺序应为：全断面法→正台阶法→台阶设临时仰拱→中隔墙法→交叉中隔墙法→双侧壁导坑法；从施工安全考虑，顺序正好反过来。在当前的施工实践中，采用最多的方法时台阶法，其次是全断面法；在大断面隧道中，单侧壁导坑（小隔墙法）和双侧壁导坑（眼镜法）采用较多，由于施工机械的发展和辅助工法的采用，施工方法有向更多地采用全断面法，特别是全断面法与超短台阶法结合的发展趋势。
　　(2)严格控制爆破进尺，特别是软弱破碎围岩地段，Ⅳ级围岩不准超过两榀钢架，Ⅴ级不超过一榀钢架。尽可能减轻对围岩的扰动，最大限度维持围岩的原始状态。
　　(3)严格设计参数的控制，主要为：开挖方式选择和施工控制；超前导管、锚杆长度及注浆；锁脚锚杆打入、注浆及固定；拱架连接、固定及间距；初期支护喷锚厚度；仰拱开挖长度（一般不得超过1倍的洞径并及时成环）及开挖方式（尽量全断面开挖）；上下台阶开挖、衔接的及时性；掌子面、仰拱及二衬之间的安全距离控制（设计有明确规定时执行设计，未明确规定时，一般情况下仰拱距掌子面距离Ⅲ级围岩不超过90m，Ⅳ级围岩不超过50m，Ⅴ级及以上围岩不超过40m。二衬施作距掌子面Ⅰ、Ⅱ级围岩不超过200m，Ⅲ级围岩不超过120m，Ⅳ级及以上围岩不超过90m，但前方如有险情可及时跳段进行衬砌，灵活掌握。二次衬砌更多的作为隧道的安全储备，及时的施作可有效确保隧道安全，避免塌方的发生）等。
　　(4)认真做好监控量测工作。通过监控量测了解各施工阶段地层与支护结构的动态变化，判定围岩的稳定性、支护衬砌的可靠性；用现场实测的数据和分析结果为修改施工方法、调整围岩级别和变更支护设计参数提供依据，且通过异常数据分析，判定围岩稳定情况并提前做好施工措施调整和初期支护稳定性，用以确定二次衬砌合理的施作时间。所以施工过程中必须按照设计及规范要求，及时布设监控量测点并及时做好监控量测工作和记录，认真分析数据，并绘制数理分析图，为及时调整施工方法和设计参数提供数据依据。
　　(5)做好围岩地质变化的详细记录，并固定专人加强对施工阶段围岩情况的观察，对观察发现围岩有突变时，必须及时通知施工人员撤离现场；同时加强现场施工管理人员、安检或质检工程师对施工技术标准实施情况的监督检查，对发现现场未按设计、规范施工的，必须及时责令纠正和加强处理或停工整改，严格设计和规范施工，是防止隧道塌方的保证。
　　3.2.3认真做好超前地质预报管理
　　通过地质超前预报工作，在隧道开挖前及施工过程中对隧道周围及掌子面前方的地质情况进行探测，识别和预测隧道掌子面前方及周围的工程地质、水文地质结构，提供准确的断裂带、含水带及围岩情况等地质参数，及时调整施工方法及修改设计参数，提前做好隧道开挖、支护方式修正，避免塌方产生。
　　4、结束语
　　造成隧道塌方的原因是诸多方面的，要预防和控制隧道塌方，需要设计工作者必须加强设计管理基础，勘察分析确定准确的地质结构，为合理确定的支护衬砌结构提供有力依据，同时也需要施工管理者严格设计和规范施工，提高质量和安全意识，加强施工阶段各个环节的管理和控制，并辅助高科技手段，提前预防和制订施工方案和措施，是预防隧道塌方最为主要的手段。

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