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，施工安全事故發(fā)生的越來越頻繁，給工作人員的人身安全和社會造成了極大的影響。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。造成塌落主要是因為在開挖時，隧道周圍的松軟巖體由于土體壓力的作用而產(chǎn)生了裂縫破壞。還有可能是因為圍巖內(nèi)部早已經(jīng)有節(jié)理和層理松弛剝落的現(xiàn)象。隧道塌方事故隨時可能發(fā)生在整個隧道施工的過程中，隧道開挖、施工支護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，帶來的后果不可謂不嚴(yán)重。不僅對施工人員造成極大的人身安全威脅，還延長了隧道的施工工期、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，除了了給施工安全帶來嚴(yán)重的威脅，還給社會造成了不良的影響。我們不得不對塌方的成因進行深入的研究，在今后的施工過程中采取有效的工程預(yù)防和防治措施來減少塌方帶來的危害。

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。(1)隧道貫穿的整個地層中存在薄弱地段。(2)隧道穿過比如地鐵、地下通道、窯洞等埋深較淺的地面建筑物。(3)在隧道穿過的地表有水塘、水庫、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，會對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。巖體進過了地下水的浸泡、軟化、沖蝕和溶解，強度大大的降低，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，軟弱面強度降低，容易引發(fā)滑塌。

2.4 設(shè)計、施工不當(dāng)

施工前地質(zhì)勘察不細、支護結(jié)構(gòu)設(shè)計不合圍巖、設(shè)計強度不足都是有可能由于設(shè)計原因而導(dǎo)致塌方。施工時操作不規(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)條件不合時沒有及時的改變施工方案等等。

3 塌方處理方案

3.1 洞口塌方處理

對于隧道洞口的塌方，能清理則清理干凈。對于大型的塌方，不能全部清理干凈的，可用噴錨網(wǎng)進行加固。在仰坡上選擇合適的位置布置擋墻當(dāng)作防護，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，在拱圈的頂部填實漿砌片石或者土石。根據(jù)仰坡處理后的情況，適當(dāng)加強洞身的二次襯砌。可采用的方法是用鋼混凝土、鋼架混凝土襯砌或者擴大襯砌的厚度。

3.2 洞內(nèi)塌方處理

(1)初期塌方處理。

塌方通過初期處理可以防止塌體繼續(xù)擴展，分步采用三個措施。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對于塌低于地表的漏斗地要在周圍進行截水。若碰到雨天，則在塌體上方搭建遮雨棚，防止雨水進入塌體內(nèi)造成塌體侵蝕，容易產(chǎn)生滑塌。待處理完后，要對漏斗地進行土石填實，等填土沉降穩(wěn)定后在表面襯砌漿砌片石。③對塌體后方進行二次襯砌，鞏固塌體后方。之后進行支護結(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)合進行加固。

②管棚法:對于影響較大，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)上對塌體和圍巖進行打管鵬。注漿用的管子通常使用花管，還能擠密土體，有時花管可以和鋼軌結(jié)合使用。要注意管棚施工中的鋼管不宜過短，最好長點，這樣可以減少材料和施工時間的疊加，從而加快施工速度。

③二次襯砌加強及回填法:經(jīng)過實踐表明，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襯砌。要加強襯砌首先就要采用較高強度的混凝土和采用鋼筋、型鋼或者鋼軌。并且要通過回填來加固塌穴，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。

④三臺階開挖法:根據(jù)新奧法原理在施工過程中的“弱爆破、短進尺、強支護、早封閉、勤測量、緊襯砌”的原則，塌體的處理可以用三臺階開挖法。臺階開挖的長度保持在3～5 m，主要是采用人工風(fēng)鎬加挖掘機方法，以微弱爆破為輔。用裝載機裝或挖掘機出渣，然后用自卸汽車運送。一榀拱架的距離為一循環(huán)進尺，這樣方便順利的通過塌體。

4 結(jié)束語

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，對圍巖的變形情況的監(jiān)控量測和地質(zhì)預(yù)報工作比較難，出現(xiàn)塌方現(xiàn)象是在所難免的。施工時要隨時關(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，根據(jù)實際的情況要作出采用合理的開挖的方法和合理的支護方法。塌方發(fā)生后，要及時的分析事故發(fā)生的原因，不僅要及時的搶救施工人員和機械設(shè)備，還要采取有效的措施來控制塌方。

[1]關(guān)寶樹.隧道工程施工要點集[M］.北京:人民交通出版社，2003.

[2]杜坤，王余富，張囂.隧道塌方簡易預(yù)測法及其應(yīng)用[J］.山西建筑，2006，32(1):86-87.

[3]閏東.隧道塌方分析及其整治[J］.鐵道建筑，2007，(1):25-26.

[4]申國鋒.隧道塌方的處理技術(shù)[J］.山西建筑，2007，33(4):89-90.

[5]鐵道部第二工程局.隧道施工技術(shù)手冊[M］.北京:中國鐵道出版社，1998.