李新偉 王曉飛

隧道屬于地下工程，地質狀況復雜多變，施工控制難度較大。而且在隧道施工的整個過程中，一旦發(fā)生災害性事故，輕則延誤工期、增加投資，重則人員傷亡;同時處治不當會遺留質量隱患，給維修養(yǎng)護工作造成極大的困難。施工中較常出現(xiàn)的事故有塌方、大變形、巖爆等，還有突泥突水、瓦斯爆炸、有害氣體逸出等。本文從塌方產(chǎn)生的機理入手，就其預防、處治技術進行探討，供工程技術人員參考。

1 塌方機理

隧道或地下洞室在施工過程中發(fā)生的塌方形式是多種多樣的，為簡單、直觀，可將所有塌方形式劃分為三大類:1)洞口塌方。由于洞口一般為堆積層或風化嚴重、破碎的巖體，其自穩(wěn)能力以及整體穩(wěn)定性均較差，同時又處在淺埋地段，如果進洞前采取的技術措施未能達到要求，進洞后，必然引起上端圍巖應力重分布，在重力作用下出現(xiàn)下沉或開裂變形，當這些變形發(fā)展到一定程度時，平衡被打破，導致大面積的整體失穩(wěn)，進而發(fā)生整體坍塌，這就是洞口塌方。2)洞內(nèi)石質類塌方。隧道或洞室開挖后，使其周邊的巖石處于懸空狀態(tài)，同時發(fā)生下沉或收斂變形，以釋放其內(nèi)部應力，由于巖石體中存在層理和節(jié)理(有時還有軟弱夾層)，使周邊的部分巖塊在重力作用下，具有下落和擠出的趨勢，如果此時未采取相應的支護措施或所采取的支護措施達不到控制其變形發(fā)展的要求時，必然會出現(xiàn)“掉塊”現(xiàn)象，當這種“掉塊”的數(shù)量達到一定數(shù)值時，就是塌方。這類塌方一般沿結構面形成塌腔的形狀極不規(guī)則。3)洞內(nèi)土質類塌方。土質類隧道或洞室開挖后，由于圍巖的C，φ值較低，周邊一定范圍內(nèi)很快發(fā)生松弛變形，隨著這些變形的逐漸擴展，圍巖的整體強度降低，同時土壓增加，進而引發(fā)局部的塑性破壞，在圍巖(土質體)內(nèi)部出現(xiàn)空洞導致局部發(fā)生坍塌，局部(淺埋時在地表)出現(xiàn)下沉，塑性區(qū)進一步擴大，土壓力劇增最終導致整體失穩(wěn)，大面積坍塌，這就是塌方。這類塌方表現(xiàn)為:塌體為松散的砂、土(或碎石)混合體，數(shù)量較大，塌腔形狀較為規(guī)則，一般為圓弧形或拱形。

2 預防措施

塌方的原因有很多種，有地質上突發(fā)的因素，也有人們認識上的因素，但歸根結底，地質因素是決定性的，因此加強施工地質工作是避免和防止塌方事故發(fā)生的根本手段，必須牢固樹立“地質工作既是設計人員的任務，更是施工人員的重要責任”理念，把施工地質工作提高到應有的高度加以重視，樹立塌方是可以預測、控制的觀點，增強不良地質條件下的施工應變能力和處理能力。

2.1 工程地質

1)充分理解圖紙，并與現(xiàn)場的實際地質情況對照，弄清設計意圖。2)加強對地質的超前預報，主要措施有超前鉆孔、地質雷達、波速測試以及宏觀的工程類比法等。3)在軟弱圍巖地段，必須采取正確的開挖及支護方法，如短臺階法、分部開挖法等，并確保初期支護質量、加強初期支護、監(jiān)控量測、二次襯砌緊跟等。4)在隧道開挖過程中，突然遇到了較大的涌水、流砂、溶洞、斷層及破碎帶時，必須及時改變施工方法，增大支護參數(shù)，以及其他必要的技術處理手段，才能達到防塌的目的。

2.2 施工技術

1)隧道開挖。盡量減少對圍巖的擾動，應盡可能地采用全斷面的光面爆破技術;對于地質條件較差者，可采用半斷面，同時采用弱爆破技術;對于大斷面和特大斷面，應采用分步開挖法進行。2)初期支護。必須確保初期支護的參數(shù)和質量達到設計要求。特殊情況下，還可以采用預應力錨桿、膨脹型錨桿、邁式錨桿，噴射混凝土可采用鋼纖維噴射混凝土、碳纖維噴射混凝土等技術手段。3)超前支護。當圍巖的自穩(wěn)能力較差時，為了預防塌方，必須采用超前支護，其主要的內(nèi)容有:超前錨桿、小導管注漿、管棚、全斷面預注漿、深孔注漿、帷幕注漿以及在洞口淺埋段采用的地表注漿等。4)二次襯砌。二次襯砌不得嚴重滯后初期支護，軟弱圍巖地段應緊跟開挖，Ⅲ，Ⅳ級圍巖需根據(jù)量測結果確定最佳施作時間。5)監(jiān)控量測。量測工作在隧道的防塌工作中起著重要的作用，它是新奧法的三大核心之一。圍巖的失穩(wěn)破壞總有一定的先兆，通過將量測結果與設計給出的判斷標準(也稱為管理值)比較，即可得出圍巖，包括初期支護是否穩(wěn)定的結論。但是必須指出的是:量測結果超過標準值時，隧道并非一定發(fā)生塌方;相反，量測結果沒有超過標準值時，隧道也并非一定安全穩(wěn)定。

3 處治技術

3.1 處治的原則

塌方處理方案應遵循以下四個原則:安全，塌方的處理必須安全可靠，做到萬無一失;快速，處理時間要最短;保質，即保證工程質量，不留任何隱患;節(jié)約，即整個處理費用最低。

3.2 處治要點

塌方處理應結合地質、地貌，及時組織，應抓住三個要點:地表處理，做好防排水工作、防止塌方的擴大;洞內(nèi)塌體注漿固結，形成整體受力殼;塌方段的開挖及支護。

3.3 處治措施

1)塌方量較小時的處治方法。對塌方相鄰段作強支護，以控制塌方的發(fā)展和蔓延;相鄰段穩(wěn)定后，以短進尺清渣;清除危石后立即噴混凝土;打錨桿或超前注漿管棚;掛鋼筋網(wǎng)，復噴混凝土達設計厚度(15 cm～20 cm);進行監(jiān)控量測;循序前進，往前施工;襯砌加強(鋼拱加徑向型鋼支撐)。2)塌方量很大或通頂時的處治方法。對塌方相鄰段作強支護，以控制塌方的發(fā)展和蔓延;對塌體從地表(淺埋時)或隧道內(nèi)沿開挖線以外打孔注漿或超前管棚注漿，膠結松散塌體;待穩(wěn)固后，小段清渣;及時掛網(wǎng)、噴混凝土;安設鋼支撐并縱向連接，上下與錨桿、管棚焊接形成一初期支護的完整受力體;進行監(jiān)控量測;循序前進，往前施工;襯砌加強(護拱腹部留空)。3)地表沉陷的處治方法。地表處理，地表及時回填并夯實(或噴混凝土封閉)，可預埋注漿管，搭防雨棚(或植草皮)，挖排水溝;對塌方相鄰段作強支護，以控制塌方的發(fā)展和蔓延;塌方體處理，洞內(nèi)塌體用鋼軌或小鋼管超前支護;塌方段打縱向鋼軌、豎向鋼軌，并用橫向鋼管支撐焊接為一整體，然后壓漿;塌渣處理，隨挖隨撐;超挖部分用同級混凝土回填(或用漿砌片石回填);進行監(jiān)控量測;循序前進，往前施工;襯砌按鋼筋混凝土結構進行特殊設計。4)洞內(nèi)有大涌水的塌方處治方法。由主洞迂回進入涌水區(qū)，向塌方體四周注入藥液并排水;構筑擋墻;排水鉆孔兼作空洞調查;向塌方空洞充填泥漿、水玻璃;向塌體部位周圍山體注入水玻璃加固;鉆孔檢查，確認加固效果;拆除擋墻;清除隧道內(nèi)的土砂及塌方體;恢復掘進。

4 結語

地下工程面臨地質情況不斷變化，各種突發(fā)情況多的現(xiàn)狀，隧道施工尤其如此。塌方是隧道施工過程中出現(xiàn)的嚴重災害，因此在施工過程中，應極力避免和防止。本文通過分析隧道塌方的機理，提出了其預防措施及處治技術，希望能對隧道施工有所幫助。

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