隧道塌方原因及處理措施

1、隧道塌方原因及處理措施目錄一、隧道塌方的原因1二、塌方處理一般程序2三、塌方處理實例3(一)隧道概述3(二)塌方過程4(三)塌方段原設計情況5(四)塌方可能原因分析5(五)塌方處理措施6(六)進度計劃及人機配置9(七)施工注意事項10(八)處理效果10四、經(jīng)驗教訓總結10隧道塌方原因及處理措施一、 隧道塌方的原因目前國內(nèi)在建和已建隧道工程中，均出現(xiàn)過不同程度的塌方現(xiàn)象，給建設和運營帶來了較大的危害。在此，根據(jù)新奧法原理分析隧道塌方形成的可能原因。新奧法的主要原理是在巖體力學特征和變形規(guī)律以及莫爾理論的基礎上，通過量測手段對開挖后圍巖進行動態(tài)監(jiān)測，并根據(jù)圍巖自穩(wěn)的時間和空間效應確定爆破強度、開挖

2、速度、初支參數(shù)以及輔助施工方法等。其力學機理是利用圍巖自穩(wěn)能力，及時施作初期支護和二次襯砌并與圍巖形成整體受力結構。從此原理分析隧道塌方的原因如下：（一）洞身工程地質條件差，圍巖自穩(wěn)能力低，施工時沒來得及進行初期支護即發(fā)生坍塌。如掌子面圍巖軟弱、巖體破碎、地下水發(fā)育、洞身埋深淺。或隧區(qū)通過不良地質地段，如斷層褶皺帶、膨脹巖地區(qū)以及高應力巖層等。這些復雜地質條件往往有不可預見性，給設計和施工的準確性和安全性帶來較大困難。見圖1。（二）設計過程中未能準確判斷隧區(qū)地質條件，沒有充分考慮不良地質對隧道的影響，特別是沒有及時與現(xiàn)場實際地質條件進行跟蹤分析，導致在圍巖分級、支護參數(shù)設計以及開挖進尺要求等不

3、合理。（三）施工過程中沒有對諸如軟弱圍巖、淺埋地層等不良地質體進行注漿、超前支護預處理，保證不了圍巖足夠的自穩(wěn)能力和自穩(wěn)時間；開挖爆破效果差，導致圍巖應力集中，出現(xiàn)滑塌現(xiàn)象；沒有按照設計和規(guī)范要求進行施工，如初支背后有空洞、初支厚度不夠、錨桿的長度和數(shù)量不足以及鋼架的間距過大等，致使圍巖巖體間不能連成整體受力結構，保證不了支護強度與圍巖滑移的力學平衡。（四）新奧法施工是一個動態(tài)過程，對隧道進行實時監(jiān)控是重要環(huán)節(jié)之一。目前很多隧道塌方造成人員傷亡、財產(chǎn)損失的原因就是監(jiān)控不到位。不能在塌方隱患出現(xiàn)前掌握圍巖變形規(guī)律，不能及時預報圍巖變形情況，并進行必要的加強措施，最終導致塌方的形成。 圖1 隧道塌

4、方原因二、 塌方處理一般程序總體施工原則為強加固、短清渣、快支護、實回填、勤量測。對于小塌方可以直接進行塌體處理，對于塌方影響范圍較大的分為初期處理和塌體處理兩部分。(一) 初期處理1. 封閉塌體面，對塌方露出的新巖面掛網(wǎng)噴射混凝土，防止巖體風化和繼續(xù)塌落；2. 必要時對塌方體實施注漿固結或設置混凝土封堵墻，以待下一步能更好的施工掘進；3. 設置臨時鋼支撐，穩(wěn)定塌方空腔；4. 處理塌方影響段內(nèi)侵限的初支，如注漿加固，抽換變形鋼架、加設錨桿等；5. 若塌方通頂，要在塌體地表修筑截排水設施，阻止地表水對塌方體的影響。(二) 塌方體處理1. 加強超前支護，增設大管棚或雙排小導管，保證開挖的安全性。2

5、. 利用人工風鎬，挖機配合，進行預留核心土臺階法開挖，控制好進尺長度，并及時施作初期支護。3. 利用可靠回填料對塌腔進行回填。并盡快施作二次襯砌。(三) 監(jiān)控量測全程做好地表沉降、拱頂下沉、洞內(nèi)周邊收斂的監(jiān)控量測工作，并用數(shù)據(jù)指導施工。三、 塌方處理實例下面以新建蘭新鐵路元山隧道進口塌方處理為例進行總結。(一) 隧道概述 圖2 塌方段隧道縱斷面圖元山隧道位于軍馬一場西南方向祁連山中高山區(qū)，平均海拔32003800m，最高海拔為3292m。地形起伏不大，相對高差約50m，隧道最大埋深70m。起始里程為DK365+105DK366+021，全長916m。全隧位于R-10000m的平曲線上，縱坡為2

6、0的單面下坡。隧道進口DK365+174+184段于2011年3月19日晚22:00 左右發(fā)生塌方。如圖2所示。 (二) 塌方過程2011年3月19日晚22：00許，DK365+180處拱頂開始掉渣，2分鐘后出現(xiàn)塌方，現(xiàn)場無人員傷亡及機械破損，根據(jù)實際量測數(shù)據(jù)，塌方里程為DK365+174+184段落，長度約為10m，塌方面積為15×15m，深度約為10m，塌方總方量約1500m3。塌方現(xiàn)場形態(tài)為DK365+174+184拱頂至地表巖土體垂直下沉，拱頂形成天窗，形狀為橢圓形，如圖3所示。原施作的初支鋼架在拱腰連接處被折斷，邊墻鋼架受塌方影響變形。塌方松散物沿隧道走向前后坡積范圍約20

7、米，塌方體多為塊石、碎石及粗角礫土，巖性以砂巖為主，含少量炭質泥巖夾層。塌方處周邊巖層較為松動，可能出現(xiàn)再次塌方。圖3 塌方空腔形態(tài)塌方發(fā)生時，隧道掌子面開挖里程為DK365+250，仰拱里程為DK365+159,二次襯砌未施作。塌方段初期支護施作時間為2010年9月12月。(三) 塌方段原設計情況隧道通過區(qū)位于F8斷層影響帶，DK365+174+184段地層為第四系全新統(tǒng)坡積粗角礫土（Qdl64），洞身為石炭系上統(tǒng)泥質砂巖（CSs3），強風化，巖體破碎多呈碎塊及砂礫狀，埋深1020m，隧道圍巖分級為級，按c-2型襯砌參數(shù)支護，超前支護為42超前小導管注漿，全斷面I22a型鋼鋼架，間距0.5m

8、，全環(huán)30cm厚C30噴射混凝土。采用三臺階七步開挖法施工。(四) 塌方可能原因分析1. 地質因素A、該段處于F8斷層影響帶，巖體呈碎裂結構和松散結構，節(jié)理裂隙發(fā)育，大多數(shù)為張開節(jié)理，圍巖完整性和穩(wěn)定性較差；B、隧道穿越的地層巖性主要為泥質砂巖，硬度低且為強風化狀態(tài)，掌子面及塌方體均出現(xiàn)厚度不等的炭質泥巖夾層，隧區(qū)工程地質條件差，見圖4；C、塌方段拱頂距地表1020m，屬淺埋段，因高原季節(jié)性凍融現(xiàn)象，淺埋圍巖受凍融水及反復凍脹的影響，降低自身穩(wěn)定性。圖4 塌方空腔處圍巖照片2. 設計因素該段為已施作初支后塌方，塌方原因可能是設計未充分考慮隧區(qū)特殊地質條件如斷層影響帶圍巖破碎，對隧道支護參數(shù)的影

9、響，致使支護強度不夠，設計參數(shù)不合理。3. 施工因數(shù)A、該段處于隧道淺埋段且圍巖破碎，施工時沒有進行地表注漿加固；B、洞身圍巖為硬度較低的泥質砂巖，強風化，含炭質泥巖夾層，軟弱圍巖掌子面開挖未采用控制爆破技術，一方面光面爆破效果差，圍巖應力集中，另一方面爆破裝藥量過大，震動效應強，可能對已初支段的穩(wěn)定性造成影響；C、塌方段工程地質條件差，屬于淺埋段，塌方前地表和洞內(nèi)變形監(jiān)測頻率不夠，信息反饋不及時，未能在塌方隱患出現(xiàn)前進行加強支護處理，如圍巖徑向注漿加固以防止塌方；D、施工過程未嚴格按照設計施工，特別是初支背后是否存在空洞，錨桿的長度及根數(shù)、鋼架的型號及間距等是否符合設計還需要進一步確認。(五

10、) 塌方處理措施塌方處理分三個階段，先對塌方影響段圍巖進行初步加固，然后處理塌方堆積體并重新施作該段初期支護，在完成塌方段二次襯砌后對塌方空腔進行回填。塌方處理全過程實施監(jiān)控量測，實時提供圍巖變形情況，以指導施工。1. 塌方影響段處理A、洞內(nèi)徑向注漿加固：對塌方影響段DK365+169+174實施徑向注漿加固，防止塌方范圍擴大。注漿管采用22打孔鋼花管，長4m，間距1.5m，梅花形布置，注漿液采用水泥-水玻璃雙液漿。B、洞內(nèi)空腔鎖口：在洞內(nèi)空腔邊緣加設兩榀I22a工字鋼鎖口，并在拱腳處分別打設4根鎖腳錨管。C、塌腔邊坡噴砼加固：塌方體空腔周邊坡度較陡，為防止邊坡掉塊，首先對邊坡按1:0.5進行

11、刷坡處理，然后噴射15cm厚C25混凝土封閉坡面。施工時在邊坡角預留踏步和施工平臺。2. 塌方段處理A、采用環(huán)形開挖預留核心土法逐步開挖塌方堆積體，主要采用人工風鎬掘進，小型挖機配合。每開挖循環(huán)進尺控制在50cm，并及時換除損壞的鋼架，架設新I22a工字鋼，間距50cm。鋼架環(huán)向連接鋼筋用22鋼筋，間距50cm。鋪設8鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格間距20cm×20cm。在未塌方邊墻初支面加設徑向錨桿，規(guī)格按設計圖處理。B、掘進一段距離后，在鋼架上部安裝外模，模具采用木模，厚度不低于3cm，模板外側利用鋼筋固定穩(wěn)固，模板之間縫隙要緊密，保證不漏漿。然后初噴25cm厚C30混凝土。C、當掘進到DK365

12、+184時，為保證塌方前壁的穩(wěn)定性，實施加強支護，即在拱頂140°范圍增設雙排42超前小導管并注漿，長度4m，間距40cm，環(huán)向搭接1m，上層外插角控制在35°，下層外插角控制在5°10°。對原剝落的初支面進行復噴混凝土至設計厚度。3. 塌腔回填處理在該段圍巖基本穩(wěn)定后，及時施作仰拱、拱墻防排水設施和二次襯砌，待混凝土強度達到設計要求且未移動臺車前，對塌腔進行回填處理?；靥盍喜捎锰?，對稱分層回填夯實。在接近表層應設置50cm厚隔水粘土層，防止地表水下滲對巖土體及隧道結構的破壞，表層土應用腐殖土覆蓋。塌方空腔回填結束后，在塌方地表周邊1m范圍外修筑0.4

13、m深，0.3m寬截水溝，防止地表水流入塌方空腔中的回填土體。4. 監(jiān)控量測在塌方處理全過程對洞內(nèi)、地表進行監(jiān)控量測，及時反饋分析量測數(shù)據(jù)，指導施工。A、洞內(nèi)周邊收斂、拱頂下沉量測隧道內(nèi)共布置兩條水平測線、兩條斜測線、一條拱頂下沉線。監(jiān)控范圍DK365+164+194，縱向5m一個斷面，每天觀測一次。如圖5所示。B、地表沉降觀測1） 塌方腔回填結束前：在DK365+154+164和DK365+184+204里程段縱向10m、橫向5m布置測點，橫向布置范圍為隧道中線兩側15m范圍，每天觀測一次。如圖6所示。圖5 洞內(nèi)收斂量測點布置示意圖6 地表觀測點布置示意2） 塌方腔回填結束后：在DK365+1

14、74+184里程段按上述方案布點觀測。C、監(jiān)控要求監(jiān)控量測嚴格按照有關規(guī)范和設計進行，每天測量完畢及時進行數(shù)據(jù)分析，向施工技術員和現(xiàn)場負責人反饋監(jiān)測結論。當洞內(nèi)水平收斂值大于5mm/d或地表監(jiān)測發(fā)現(xiàn)異常應立即通知現(xiàn)場人員撤離，并及時向上級回報。當塌方段處理結束，洞內(nèi)收斂小于0.2mm/d后方可停止監(jiān)控。(六) 進度計劃及人機配置1. 進度計劃（見表1）表1 進度計劃序號工序名稱時間（天）備注1洞內(nèi)注漿、鎖口及塌腔刷坡、噴砼22坍方冒頂處加固13坍方開挖、初支204坍腔回填15合計242. 人員安排（見表2）表2 人員安排計劃序號工種類型人數(shù)（個）備注1現(xiàn)場領導1全面負責2技術主管1技術支持3技

15、術員2現(xiàn)場指導4測量員2施工放樣、監(jiān)控量測5專職安全員1安全負責6施工班組45施工合計533. 設備配置（見表3）表3 設備配置計劃序號設備名稱規(guī)格型號數(shù)量1柴油發(fā)電機200GF1臺2電動空壓機20m31臺3簡易開挖臺架1副4挖掘機1.2 m31輛5裝載機3m31輛6手風鎬G11-A4套7強制式攪拌機1m31輛8自卸汽車ZL50C3輛9濕噴機2臺10高壓雙液注漿機1臺11型鋼冷彎機1臺12電弧焊機2套(七) 施工注意事項1、拱頂存在掉塊可能，施工時必須佩戴安全帽。2、洞內(nèi)主要由機械作業(yè)，縮短作業(yè)時間?，F(xiàn)場有專人指揮，一有險情，立即組織撤離。3、塌腔必須分層夯實，并設置隔水粘土層。4、機械刷坡和回填土時，不得置于順線路方向。5、及時跟進仰拱和二襯，保證該段圍巖穩(wěn)定安全。6、目前正在實施的掌子面開挖嚴格采用控制爆破。(八) 處理效果根據(jù)以上方案結合現(xiàn)場實際，安全有