聶海斌

摘要：根據(jù)新奧法支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理對(duì)隧洞塌方原因進(jìn)行了分析，介紹了塌方前的征兆，并針對(duì)水工隧洞塌方的原因、預(yù)防措施進(jìn)行了簡(jiǎn)要論述，對(duì)隧洞施工具有一定的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：隧洞；塌方；原因；征兆；預(yù)防

新奧法是我國(guó)當(dāng)前隧洞結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工的重要方法，錨噴支

護(hù)的應(yīng)用為大面積開(kāi)挖施工創(chuàng)造了有利條件，隧洞施工進(jìn)度大大加快，但已錨噴支護(hù)的隧洞發(fā)生塌方的事故仍經(jīng)常發(fā)生，輕者造成經(jīng)濟(jì)損失，重者人員喪失生命。下面對(duì)隧洞塌方原因、征兆、預(yù)防措施進(jìn)行了論述。

1 新奧法支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理

應(yīng)用巖體力學(xué)的理論，通過(guò)對(duì)圍巖變形的量測(cè)、監(jiān)控，采用新型的支護(hù)結(jié)構(gòu)，利用圍巖自承能力指導(dǎo)隧洞設(shè)計(jì)和施工的方法。其特點(diǎn)是在開(kāi)挖面附近及時(shí)施作密貼于圍巖的薄層柔性噴射混凝土和錨桿支護(hù)，以便控制圍巖的變形和應(yīng)力釋放，從而在支護(hù)和圍巖的共同變形過(guò)程中，調(diào)整圍巖應(yīng)力重分布而達(dá)到新的平衡，以求最大限度地保持圍巖的固有強(qiáng)度和利用其自承能力。因此，它是一個(gè)具體應(yīng)用巖體動(dòng)態(tài)性質(zhì)的完整力學(xué)方法，其目的在于促使圍巖能夠形成圓環(huán)狀承載結(jié)構(gòu)，故一般應(yīng)及時(shí)修筑仰拱，使斷面閉合成圓環(huán)。適用于各種不同的地質(zhì)條件，在軟弱圍巖中更為有效。新奧法的原理雖然可用于各種類型的支護(hù)，但是，最為適用的是噴錨支護(hù)。噴混凝土、錨桿、量測(cè)被認(rèn)為是新奧法的三大要素。

2 隧洞塌方的原因

2.1 地質(zhì)原因

隧洞通過(guò)斷層破碎帶、各種松散堆積體、巖層軟硬相間或有軟弱夾層的巖體、受地下水長(zhǎng)期浸泡沖蝕溶解作用的巖體、膨潤(rùn)土地層、淺埋段、流砂層、嚴(yán)重偏壓段時(shí)，在開(kāi)挖后極易發(fā)生坍塌。

2.2 施工方案和措施不當(dāng)

忽略了圍巖的變形規(guī)律，設(shè)計(jì)方案、施工方法和措施不當(dāng)引

發(fā)圍巖突然變形，導(dǎo)致塌方。如：（1）沒(méi)有對(duì)穩(wěn)定性差的巖層采取及時(shí)支護(hù)，巖石暴露時(shí)間較長(zhǎng)，整個(gè)巖石的承受壓力加大。（2）爆破參數(shù)不合理，采取過(guò)多炸藥引起強(qiáng)烈震動(dòng)。（3）支撐結(jié)構(gòu)不合理，支撐構(gòu)件強(qiáng)度不夠，支撐部件的位置不恰當(dāng)。（4）采取不恰當(dāng)?shù)耐９ご胧?，未做好排水及圍巖保護(hù)工作，使圍巖強(qiáng)度大大降低。

2.3 工序失衡

當(dāng)開(kāi)挖距離小于D（D為開(kāi)挖寬度）時(shí)，圍巖兩端由于受到二次襯砌混凝土和開(kāi)挖掌子面支撐的約束作用，連續(xù)變形很小，主要是爆破后受振動(dòng)影響的突然變形，施工中，施工人員盲目加快掘進(jìn)進(jìn)度，仰拱、二次襯砌滯后，造成工序嚴(yán)重失衡，當(dāng)二次襯砌和開(kāi)挖掌子面距離大于2D～3D時(shí)，“空間效應(yīng)”的影響完全消失，初期支護(hù)抗力小于滑移力，圍巖急劇變形，來(lái)不及施工二襯，極易導(dǎo)致塌方。

2.4 施工過(guò)程中質(zhì)量不合格

在施工過(guò)程中，如發(fā)生超挖嚴(yán)重而進(jìn)行回填、噴混凝土強(qiáng)度厚度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求、鋼支撐未完全由噴射混凝土包圍密實(shí)或鋼支撐與圍巖之間存在空隙及鋼支撐未置于穩(wěn)定堅(jiān)固的基礎(chǔ)上等質(zhì)量問(wèn)題，造成支護(hù)抗力達(dá)不到設(shè)計(jì)要求或圍巖未粘結(jié)緊密使無(wú)彎矩結(jié)構(gòu)產(chǎn)生彎矩，導(dǎo)致塌方。

2.5 監(jiān)控量測(cè)不到位

現(xiàn)階段隧洞的開(kāi)挖都以新奧法理論為指導(dǎo)，在實(shí)際施工中，未按規(guī)定進(jìn)行量測(cè)并對(duì)成果進(jìn)行分析或信息反饋不及時(shí)，導(dǎo)致決策失誤、措施不力，造成塌方。

3 塌方征兆

3.1 掌子面巖層塌方征兆

開(kāi)挖后頂部圍巖掉塊不停；掌子面出水點(diǎn)頻繁變換位置或突

然涌水，涌水由清變濁、流量增大；掌子面正面坍塌并向內(nèi)發(fā)展；

巖層裂隙明顯增大或?qū)娱g填充物被水沖掉，水量增大；松散地層

不停掉渣；巖石出現(xiàn)巖粉或掌子面附近無(wú)故塵土飛揚(yáng)；流砂地段

間隔涌流變成連續(xù)涌流，噴射混凝土被流砂沖破。

3.2 支護(hù)結(jié)構(gòu)塌方征兆 .

噴射混凝土大面積開(kāi)裂、脫離甚至塌落，縫間有砂土不斷流出；錨桿墊板松脫；鋼支撐扭曲變形，邊墻支撐中間鼓出，連接點(diǎn)明顯變形；鋼支撐、鋼筋網(wǎng)格間噴射混凝土剝離、開(kāi)裂，鋼筋扭曲變形；初支結(jié)構(gòu)發(fā)出較大響聲；連接板錯(cuò)位、連接螺栓被剪斷，支撐間砂土或巖塊被擠出。

3.3 洞口地段和淺埋地段地表塌方征兆

洞口地段地面持續(xù)開(kāi)裂，且裂口數(shù)量逐漸增加，裂口增大、加

深；地面陡巖發(fā)生崩塌現(xiàn)象；地面明顯下沉，掌子面過(guò)后，其上地

面仍繼續(xù)下沉，累計(jì)值超過(guò)容許值。

3.4 監(jiān)控量測(cè)到的變形值顯示塌方征兆

變形值長(zhǎng)期不變小且變形速率仍較大；變形監(jiān)控量測(cè)曲線明顯已收斂，但又出現(xiàn)變形值突然增大，位移或變形速率的驟然增加往往是圍巖破壞、襯砌開(kāi)裂的前兆；圍巖變形量、位移速率、初期支護(hù)應(yīng)力值超過(guò)容許值。

4 防塌措施

4.1 設(shè)計(jì)措施

隧洞工程地質(zhì)具有特殊性、復(fù)雜性、不確定性等特征，在設(shè)計(jì)階段，要根據(jù)地質(zhì)情況，制定符合實(shí)際、能指導(dǎo)施工的設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)參數(shù)要滿足強(qiáng)度要求。

4.2 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)

對(duì)不良地質(zhì)，通過(guò)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)進(jìn)一步掌握地質(zhì)情況，調(diào)整

支護(hù)參數(shù)和施工方法，采取防塌措施。

4.3 早噴錨、強(qiáng)支護(hù)，快速封閉成環(huán)

在不良地質(zhì)地段施工時(shí)，應(yīng)按照先治水、短進(jìn)尺、弱爆破、先

護(hù)頂、早噴錨、強(qiáng)支護(hù)、早襯砌的原則穩(wěn)步前進(jìn)，合理控制開(kāi)挖速

度，提高初支的剛度和承載力。

4.4 控制“空間效應(yīng)”，嚴(yán)防工序失衡

循環(huán)開(kāi)挖進(jìn)尺要短，關(guān)鍵工序間距要控制，控制仰拱和開(kāi)挖面距離、二次襯砌和開(kāi)挖面距離，已開(kāi)挖段應(yīng)快速封閉成環(huán)，嚴(yán)防工序失衡。

4.5 通過(guò)監(jiān)控量測(cè)指導(dǎo)施工

根據(jù)量測(cè)結(jié)果，判斷支護(hù)體系及圍巖的受力與變形情況，調(diào)整支護(hù)參數(shù)、施工方法；當(dāng)發(fā)現(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)有不正常變化或突變時(shí)必須停止作業(yè)，制定處理措施后再繼續(xù)施工。

4.6 處理地表、地下水

進(jìn)洞前應(yīng)先做好洞口工程，穩(wěn)定好洞口的邊坡，做好天溝等排水設(shè)施，確保地表水不致危及隧洞的施工安全；采用降、堵、泄等方法處理地下水，提高圍巖自穩(wěn)能力，提高噴射混凝土質(zhì)量，防止流砂、突水、突泥；及時(shí)排水避免巖層長(zhǎng)期浸泡。

4.7 減小爆破震動(dòng)影響

在爆破時(shí)，要用淺眼、密眼，并嚴(yán)格控制裝藥量，用微差毫秒爆破或采用導(dǎo)洞超前、預(yù)留光爆層等措施減少爆破對(duì)圍巖自穩(wěn)能力的破壞。

4.8 地層加固和改良

對(duì)松散、無(wú)膠結(jié)、低強(qiáng)度巖層及開(kāi)挖后有可能發(fā)生流砂、突水、突泥的巖層，根據(jù)不同情況采用超前管棚、超前注漿小導(dǎo)管等方法預(yù)加固地層和改良地層，提高圍巖自穩(wěn)能力。

4.9 加強(qiáng)管理、保證施工質(zhì)量

提高施工人員素質(zhì)，嚴(yán)格按設(shè)計(jì)、規(guī)范和防塌措施施工，加強(qiáng)

管理、保證施工質(zhì)量。

4.10 加固措施

對(duì)應(yīng)力和應(yīng)變超限的初期支護(hù)和其他坍塌預(yù)兆應(yīng)及時(shí)采取措施，根據(jù)不同情況，采用嵌鋼架、加網(wǎng)噴、加錨、壁后注漿、提前模筑混凝土等方法加固，必要時(shí)先進(jìn)行臨時(shí)支撐、頂柱、扇形支撐、方木垛支撐，然后再采取加固措施。

4.11 制定防塌應(yīng)急預(yù)案

儲(chǔ)備應(yīng)急設(shè)備、物資，尤其對(duì)不良地質(zhì)隧洞應(yīng)提前準(zhǔn)備，以防不測(cè)。對(duì)有可能塌方地段，地質(zhì)情況不清楚、有塌方預(yù)兆，加固措施未制定并實(shí)施，不能冒進(jìn)。

5 結(jié)語(yǔ)

隧洞坍塌會(huì)對(duì)施工人員生命、財(cái)產(chǎn)造成不可估量的損失，一定要在未進(jìn)入易塌方地段前預(yù)防。在設(shè)計(jì)階段，要根據(jù)工程地質(zhì)及水文地質(zhì)情況制定合理的支護(hù)參數(shù)和施工方法；施工階段，特別在軟弱圍巖、含水地段開(kāi)挖施工中，應(yīng)嚴(yán)格遵循“短進(jìn)尺，弱爆破，緊支護(hù)，勤量測(cè)”的指導(dǎo)方針，并嚴(yán)格施工管理確保工程質(zhì)量。施工過(guò)程中還要根據(jù)坍塌征兆、監(jiān)測(cè)成果采取必要的措施防止發(fā)生坍塌或及時(shí)停止施工、撤離人員、物資設(shè)備以減少損失；并通過(guò)不斷總結(jié)、創(chuàng)新，開(kāi)發(fā)出更有效、更經(jīng)濟(jì)、更先進(jìn)的防塌技術(shù)、設(shè)備、器材，徹底杜絕隧洞施工坍塌現(xiàn)象。

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