隧道塌方原因与处理

隧道塌方原因与处理——以xx隧道为例根据新奥法支护结构设计原则对隧道塌方原因进行了分析，认为未能充分利用新奥法原理指导施工，或所采取的施工方法不当，以及施工过程的不规范行为是造成隧道塌方的主要原因。并以xx隧道的塌方处理方案为例，运用平衡拱理论，指导和制定塌方处理方案，对同类围岩隧道施工具有一定的借鉴意义。由于新奥法在隧道工程中的成功应用，当前已被我国作为隧道结构设计和施工的重要方法。虽然锚喷支护的应用为隧道大面积开挖施工创造了有利条件，隧道施工进度也大大加快了，然而已施工锚喷支护的隧道发生塌方的事故仍经常发生，其原因主要是存在不良的地质及水文地质条件、设计考虑不周、采取的施工方法和措施不当所造成。1隧道塌方的原因分析1．1对新奥法理论认识不足现阶段隧道的开挖都以新奥法理论为指导，但在实际施工中，常存在未能按规定进行量测，或信息反馈不及时，导致决策失误、措施不力而造成塌方的现象。所谓新奥法，其基本要点是：(1)开挖作业宜采用对围岩扰动较少的控制爆破技术和较少的开挖步骤，避免过度破坏岩体的稳定；(2)隧道的开挖应尽量利用围岩的自承能力，充分发挥围岩自身的支护作用；(3)根据围岩特征，采用不同的支护类型和参数，及时施作密贴于围岩的柔性支护如钢拱架、喷射混凝土和锚杆等，以控制围岩的变形和松弛；(4)在软弱破碎围岩地段，使断面及早闭合，以有效地发挥支护体系的作用，保证隧道的稳定性；(5)二次衬砌原则上是在围岩和初期支护变形基本稳定的条件下修筑，使围岩和支护结构形成一个整体，从而提高了支护体系的安全度；(6)尽量使隧道断面周边轮廓圆顺，避免棱角突变处应力集中；(7)通过施工中对围岩和支护结构的动态观测，合理安排施工程序，修正不合理的设计和进行日常施工管理[1]。分析隧道塌方也即分析已支护围岩受破坏的原因，就必须理解新奥法支护结构设计原理，新奥法支护结构设计原则为：（1）隧道围岩形成塑性滑移楔体，造成支护结构的剪力破坏；（2）支护结构与围岩粘结紧密，两者共同工作，形成无弯矩结构；私（辅3谣）由锚杆注、钢支撑公、喷砼等誓所提供的背支护抗力演，应与塑慧性滑移楔榆体的滑移场力相平衡过。惩从（拉2珍）可知，和锚喷支护骑结构要成础为无弯矩怎结构，其炼前提是支奋护结构与需围岩二者讨共同工作旋，二者须款粘结紧密滥，而实际轮施工中往考往因为超技挖严重而屠进行回填恭，这样支贸护结构就蚁不能有效困地与围岩扶粘结紧密恭或因为围槐岩表面光然滑喷砼也杠无法有效丹与围岩粘条结紧密，杆由于上述现原因，锚作喷支护结罪构违背设增计原则，爷存在塌方浓隐患；从股（大3竿）可知围记岩在施工肾锚喷支护罩后不断收雀敛而最终覆趋于稳定岩的前提是她支护抗力交大于或等躺于滑移力惹。如果设千计支护抗见力小于滑盖移力或由蒜于施工方怀法不当造搏成支护抗糠力小于滑想移力皆可鲁导致塌方侧。痕1链．刷2虑采用施泻工方法和谨措施不当摸施工中经蛾常存在：情施工方法薄与地质条模件不相适化应，地质耽条件发生缝变化，没值有及时改颤变施工方私法；施工尊支护不及粒时；地层揪暴露过久闪，引起围顽岩松动、蛾风化；忽胀略了围岩泄的变形规垦律，围岩旋的变形同蛮时具有连支续变形和塑突然变形离的特征。谦当开挖距沉离小于仔D会（赢D磁为隧道开区挖宽度）挺时，围岩妥两端由于假受到二次屋衬砌砼和灰开挖掌子伞面支撑的恐约束作用天，连续变予形很小，涛主要是爆亚破后的受腥震动影响轨的突然变抵形，而且闸在这个距泽离范围内杀由于衬砌健和开挖面股支承法的直“澡空间效兰应都”姐的影响，愁即使初期尖支护抗力香不足围岩末滑移力亦效不至于失绒稳，当这混个距离为简1.5D夜～丢3D贞时闯，肝“宇空间效役应敞”率的影响完剃全消失，富初期支护券抗力小于胡滑移力的棋问题即刻森暴露出来构，围岩急贤剧变形，凑极易引起脚塌方。巩1东．胡3盲施工工贴艺及操作阻欠规范，恢工程质量温不合格测施工过程算中存在的努工艺操作滚不符合施线工技术规交范要求，理施工管理欲不到位，孟质量意识正、安全意壤识不强也抹是造成塌再方的另一弓个重要原吃因，常发米生的施工兼质量问题支有锚杆长奶度不足；蚂锚杆砂浆滔不饱满或市强度尤其勺早期强度誉不足；喷蹄砼强度厚因度达不到因设计要求谁；钢支撑貌未完全由邮喷射砼包急围密实或何钢支撑与侍围岩之间锹存在空隙搜及钢支撑租未置于稳前定坚固的横基础上等挥。以上质振量问题直究接造成支安护抗力未债达到设计贸要求或围誓岩未粘结尿紧密使无概弯矩结构盯产生弯矩堆而导致塌架方。导2不塌方的络处理依据墙塌方的处耕理必须建蹈立在对塌鞭方正确认怕识的基础颗上，塌方在处理方案勇的制定如搜同战斗方砌案的制定榜，如果方荒案不当或枕失败，不捞但导致更只大的经济桌损失，而右且可能造做成人员伤潮亡，故一繁般的处理欢原则是先舒巩固后方拼，防止塌位方扩大，斗然后以安晴全的后方敢为依托或面掩护再向卖前进行处际理。经验肃认为塌方栋发生后在等一定时间忧内就会趋饼于稳定，侵形成自然川拱，而自拦然拱的高符度、宽度瓜与普氏平尸衡拱理论爱计算结果跳基本相符绝。党2川．得1碎普氏平春衡拱理论棚前苏联学洒者蝶M举·呼M横普洛托雅撑克诺夫（衫简称普氏波）以EQ岗松散理论魔为基础，扫认为在松厅散介质中弦开挖隧道为后，隧道圣上方将形膏成抛物线薄的平衡拱趁，平衡拱惹高度威h僻为：趁h嘉=键b饮/玉f径m渴(英m)戴式中：虽b捎平衡拱的雅半跨度（射m留），冒f累m足岩石坚固扣性系数。逃土层：峡f僵m虫=tg捡φ率；岩石：宝f喊m它=有R第/10转。齐其中：扑φ匀土的摩擦闭角；葛R怀岩石的抗跟压极限强福度涨(尖MPa)村，取值应涨考虑岩石静天然层理胀、裂隙及嫩节理的影权响。商在隧道侧袭壁稳定时势，即拱部艘塌方时，午平衡拱宽劫度就是开酒挖宽度，筒即氧b怒=罩b往t乔（图喷1葡）未图秘1冶平衡拱宽撤度示意图途当侧壁不它稳定时，锈平衡拱宽到度为：遇b稿=耳b磁t她+畏H损t孕·坡tg起（关45登°香-荣φ泪/2悟）委式中：脑H等t快隧道净高侧（迅m竿）；踩b格t隶隧道净宽福之半（慎m前）（岗图挠2途）芳图纳2那侧壁不稳劲时平衡拱忌宽度示意垃图母2.木2色塌方稳步定分析及重处理厦对塌方后遣的稳定情些况能否做么出正确的趟判断是制郊定处理方抹案的关键嘉，否则，俗不是冒险乏就是加大是投入。一唇般情况下重塌方发生让后墙1立～爬2倡天就基本和稳定，除藏个别掉小绳块外，不熊再有大的翅坍塌，这箩时可根据竹工程地质赤资料及试封验结果，繁确定岩石冲坚固性系毕数，再根朋据开挖情粱况，即可罗按平愧岭衡拱公式铜确定塌方净高度，与贡现场对照怜，如果计侦算与实际张基本相符阶，则说明为塌方已经训基本稳定为，否则就护要慎重对株待。写经过平衡秘拱稳定分累析，确定耀塌方稳定终后，即可块着手进行魄处理，第茎一关键步听骤就是对局塌穴进行歉喷射砼处刻理。喷砼篮后，即使慰塌穴有危撇石或个别渐坍塌亦会菊及时发现奉，喷射砼漂在围岩面征形成一保聪护层，亦词是判断塌鞭方稳定与阴否的最有泉效、最直绢接的参照惠或依据。待之后即可上出渣，出易渣范围依废据即将准伴备衬砌的状范围确定食，为了安伞全，不宜洲太长，边帖出渣边对突侧壁进行骄支护。塌告方段的永形久支护结于构及施工腊顺序的确石定是最后当一个关键茄，通常塌脑方段的支遮护结构从怕上至下依趁次为回填躬、护拱、荐衬砌，直连观上施作葬护拱然后绵在护拱保状护下施作岂衬砌是安左全的，而恼实质上施翻作护拱本蚁身就极为灰困难而且林危险极大石。实践证侧明先施作叶衬砌，然毫后施作护铁拱及回填慎是既安全垃又经济的狠办法，但现这种方法绸有一个前亦提，就是乔开挖宽度圈不再扩大哲（极个别尘除外），肚衬砌的加片强可采取恳增加钢轨近或型钢及唐提高砼标画号的方法练来实现。裁衬砌浇筑厕后，平衡久拱的拱脚孕就受到约龙束，塌方蒸就更进一歇步稳定了鹊，往后的拘施工就更织安全了。震3同塌方及璃处理实例骑—彻x凤x赞隧道的塌俗方过程与秃处理方法凤3送．叮1撕隧道简曾介派x旱x青隧道是西否南大通道袍（触xx邻—妖x纹x乱）摩x判x肥境内寨任废二级公路昂的重点工孔程之一，浮位贵于昏x贪x跪市西北约析50k纳m剑处迫的舰x衰x居山上。山霜体呈味SN樱走向，两固侧山坡坡杯度为睁30柄～招58蛇°桃不等，山茅坡植被良代好，隧道休呈近瞎EW烛走向横穿射山体，最领大埋深辟68m辫，仪x同x汗大断裂于嫁附近通过处，整座隧冶道处于沟船谷、围岩抛软弱以及臂地下水丰捞富地段，专且洞口段禽属浅埋偏于压类型。懒隧道全长限410佣m稿，设计隧蛾道宽度萍10.5讲m的，净高卸5.0很m园。设骆计捡Ⅱ剧类围岩训155句m,招Ⅲ跟类围岩炮125好m般，倾Ⅳ编类围岩邮130规m羡。斜3如．孩2吊隧道工蜡程地质及肥水文地质弯条件农据开挖后段实际情况花观察，地魔质围岩为嫩强至中风淡化炭质页谎岩、粉砂云质页岩夹嫩泥质页岩桨，岩石抗墓压极限强兰度苦5.2殃～壤6.0呢MPa喂，受大断扔裂构造影军响，岩层轨褶皱构造蝴强烈，隧清道地层出先现小挤压捧和压扭断斤层，节理检发育，裂备隙纵横交乌错，层理表产状不规丑则，岩层潜风化严重烛，局部呈鲜软弱夹层摊产出，岩盛石经开挖搂暴露后极且易风化变奉软，若初纽喷砼不及投时，开挖炸面常有掉岭块造成超标挖现象。铲地下水位赶较低，没疫有发现有胞大股地下草水出露，洁但地下水板沿节理裂防隙渗漏现畏象普遍，角水质扇对混凝土鸡无侵蚀性智。狱3旷．尤3鱼塌方过法程岩隧道在施扑工过程中则,犹发生一次臣较大的坍充塌，坍塌丹方量约俱800利m膝3摊。塌方段涝距洞口肯82m碎，破属滴Ⅲ凳类围岩，垒距开挖面户17.3魄m敲，为陶1.76毁倍开挖宽肝度，草属李“烘空间效译应母”姻失效范围污，此段围革岩为追中绒─秀强风化炭华质页岩，誓受地质构扑造作用影厚响岩层节救理极发育愁，岩石较什松散破碎障，初支后呼的砼表面漫有不规则歇裂缝出现虽，地下水冶不断渗漏嘱，经监控偿量测结果脉表明围岩骨及初支有救不稳定趋做势，即围败岩滑移力倒在不断加芦大，来不末及二次衬枕砌砼施工殊而塌方已蜂发生，坍旗塌物均为害松散块状华片石，大拦部分块径量为送10道～吗25c昼m涌，少量为荡35介～窑46c拳m识，塌方稳牢定后测量对，坍塌高茅度为暂11.7痛1m前，与平衡李拱理论计惹算高度相敏吻合。瞒3尾．男4走处理方铺案极用平衡拱显理论分析谁坍塌趋于届稳定后，呀即着手对恋塌方进行家处理，步晕骤如下。锐（银1共）清除个纷别危石：奥塌方成拱幼稳定后，齐新形成的汇临空面在轻空气、地邮下水的共修同作用下即，会迅速抗风化变软套，层间粘魂结力迅速进减弱，产昏生危石、起悬石不断醒掉块等现执象，危害福施工安全凉，必须认踏真观察并必清除。便（刘2帆）对已清把除危石后举的临空面丛进行喷射独5夫～牲15c宇m苍厚宁C25村砼进行封馒闭，以减枪少空气对赢围岩的氧兵化作用。尘（舟3怖）出渣，汁出渣范围流视围岩稳目定性、坍流塌体安全罗性以及依桌据衬砌长薄度确定；蹈（状4猜）拱脚处炎设置息Φ半22m乒m效锁脚锚杆高，长存3.50兼m湖，间距县1.00燃m嗽，以确保浴下部开挖屋时侧壁的呆稳定；呜(盖5)秋衬砌厚增筋加至搞80c突m已，且于二壶次衬砌砼啄中增设缘50k炸g/m务钢轨作拱愤架予以补疾强，间距缴1.00篇m打，拱架纵度向联结用杨18k茅g/m亦钢轨焊接朱牢固，环非向间距炮1.00述m抵，防排水漏结构与原尤设计相同蜂，与已施管工段粘接朱密实。疲（毕6仪）衬砌外考轮廓施作券C20遗砼护拱，点护拱厚球80c酱m茶，施作护档拱前于防苹水板顶面牺铺设一层抄塑料膜，伴以保护防连水板防水伸作用及土对工布渗导欣水作用不叔致破坏。影（就7滨）护拱以特上塌空区贝采用袋装阁弃渣回填殃至满，拱底顶较高段亡回填最小迟厚度不小抛于际2.0查m庄（图腾3款）。提3爽．然5估实施及幼效果族对坍塌洞督穴临空面挠进行喷射彻砼后，塌榆穴掉块现间象停止了裙，第一次站施作衬砌惹砼长为闲1.50定m办，而且选概择在白天扯进行，主戏要是防止箭施工方案丰有不完善踏之处，或悟出现意外好时施工人柱员能躲避罚较为及时饥。第一次尚衬砌后，斜经观测塌廊穴基本无此变形，所攻以往后的必衬砌长度犬加大至踩4.50业m奖，另外，剑隧道右侧犬部许图态3所隧道坍宵塌处理断肺面图贡分初期支初护尚未破冤坏，二次冷衬砌厚度揭仍按原设刺计蒸50c郊m屈执行，其彩余地方按寨80c展m偷实施，部级分拱脚塌淹方破坏后蜘扩大，在阿起拱线以睁上树1.0绝m腊范围内与失二次衬砌删同时浇注呼砼回填，搁待二衬砼廊达到强度作后及时施厌工护拱砼嘱及洞穴回沫填施工。揭塌方段处阔理后，在造继续掘进状时，以格恼栅超前锚石杆作为延梁长加强支劳护誓5.0柳m龄，格栅间勤距为例0.5殃～呜0.8陪m/宵榀，穿过柄塌方段站4策～顽5m章后，再衬铺砌局3m树拱圈。至谜此塌方完乖全处理完宜毕，整个勉处理过程捷再无发生蛙坍塌现象凑,乱且无任何遇安全事故讽发生。黄4问体会络（矿1险）新奥法帖在隧道施划工中的应洞用越来越欠广，但在喜实践中人赏们对其原乞理的理解求和实施仍甘有一定的贞距离族。咳“睡设计唐—睡施工衡—菌量测香—德设酷计龟”给是新奥法糖的根本所斤在，属动傻态信息管漏理。而实怠际中人们枝只是执行其了量测脾—算施工，往形往忽略了籍量测纯—中设计，而灶设计的修设正腥在溪Ⅱ箩、孙Ⅲ脉类软弱围携岩隧道施份工中显得颜更为重要赞。稻（答2夜）考在己Ⅱ翼、夕