浅谈隧道坍塌的原因分析及处理

浅谈隧道坍塌的原因分析及处理

张越强

张越强

（中铁二局股份有限公司四川成都610032）

摘要：隧道坍塌一旦出现就会严重影响工作面的施工安全，必须立即进行处理，以防危害增大。隧道坍塌的原因是多方面的，本文从自然、设计、施工方面分析了其形成的原因，提出坍塌的处理原则，并以某隧道某次坍塌事故为例分析了其成因和处理措施，望对类似事故的出现提供处理借鉴。

关键词：隧道坍塌；原因分析；处理

一、隧道坍塌的原因分析

（一）未预测地质变化

隧道地质条件变化快，没有及时进行超前地质预报，没有有效掌握围岩变化情况，所以隧道开挖时释放了围岩的应力,围岩会产生大的位移，致使出现塌方。

（二）地下水丰富

隧道在施工过程中围岩大面积出现涌水，没有有效的控制和排除，当隧道围岩破碎、自稳性差时就会出现塌方。

（三）设计因素

隧道工程设计方法主要有工程类比法、理论计算法及现场监控法等，这些方法又以工程类比法运用得最为广泛。在设计过程中若对围岩判断不准或情况不明，从而设计的支护类型与实际要求不相适应，也是导致施工中产生松驰坍塌等异常现象的原因，且设计中的地质勘查资料详细与否也是造成施工塌方事故产生主导因素之一。

（四）施工因素

1、采用施工方法和措施不当

施工中经常存在：施工方法与地质条件不相适应，地质条件发生变化，没有及时改变施工方法；施工支护不及时；地层暴露过久，引起围岩松动、风化；忽略了围岩的变形规律，围岩的变形同时具有连续变形和突然变形的特征。当开挖距离小于D（D为隧道开挖宽度）时，围岩两端由于受到二次衬砌砼和开挖掌子面支撑的约束作用，连续变形很小，主要是爆破后的受震动影响的突然变形，而且在这个距离范围内由于衬砌和开挖面支承的“空间效应”的影响，即使初期支护抗力不足围岩滑移力亦不至于失稳，当这个距离为1.5D～3D时，“空间效应”的影响完全消失，初期支护抗力小于滑移力的问题即刻暴露出来，围岩急剧变形，极易引起塌方。

2、施工工艺及操作欠规范

施工过程中存在的工艺操作不符合施工技术规范要求，施工管理不到位，质量意识、安全意识不强也是造成塌方的另一个重要原因，常发生的施工质量问题有锚杆长度不足；锚杆砂浆不饱满或强度尤其早期强度不足；喷砼强度厚度达不到设计要求；钢支撑未完全由喷射砼包围密实或钢支撑与围岩之间存在空隙及钢支撑未置于稳定坚固的基础上等。以上质量问题直接造成支护抗力未达到设计要求或围岩未粘结紧密使无弯矩结构产生弯矩而导致塌方。

二、隧道坍塌的处理原则

塌方段处理遵循“稳固塌体、填充空洞、注浆加固、谨慎通过”的总体处理步骤及以下处理原则：

（一）安全实施原则

坚决保障施工期间人员安全，避免二次事故的发生，遵循“确保安全、宁强勿弱”的安全原则制定详细的、可靠可行的施工组织方案。

（二）质量保证原则

既要保障近期施工安全通过，同时也要保证交付运营后衬砌结构长期使用的可靠性，按照“一次实施、不留后患”的质量原则确定衬砌参数。

（三）内外协同原则

洞内、洞外处理措施应在总体协调的原则指导下，通过现场条件、难易程度、效果、代价及设备等综合比较，采取“洞外防(排)水、防护、探查为辅助，洞内周边注浆加固为主”的处理方式。

（四）相邻影响规避原则

B线、A线隧道施工影响范围相叠加、塌体区域相贯通，应整体考虑两线塌方处理方案，但两线隧道的开挖应分步实施。

（五）可靠保障原则

细化与落实包括人员、机具、设备、质量、管理在内的各项实施方案，尤应提高注浆技术水平及加强注浆效果检验，以确保处理方案的可操作性及实施效果。

三、隧道坍塌的处理应用

（一）坍塌概况

笔者参与施工的黔桂线扩能改造工程大山隧道，隧道进口50m为Ⅴ级浅埋偏压衬砌，支护设计为φ50注浆超前小导管，环向间距40cm，L=4.5m，搭接长度1.46m；初期支护为Φ25mm中空注浆锚杆，L=4.0m,@75×100cm，φ8mm钢筋网,@75×100cm，I20a工字钢钢拱架，间距75cm，喷早强混凝土25cm。隧道进口进洞30m后，上台阶施工于2005年3月3日晚十一点钟开始施工，循环进尺50厘米，开挖采用环形开挖预留核心土法施工，3月4日下午三点钟，本循环初期支护施工结束。本循环施工过程中隧道左侧拱项及掌子面时有掉块现象发生，3月4日下午掉块频率增加，掉块体积加大，3月4日下午五点二十分，隧道左侧拱顶部份出现较大坍塌，塌方穴体呈环向倒置漏斗型结构，坍塌纵向深度约6米，环向长度约8米，坍塌平均高度约6米，坍塌物渣体为强风化泥岩，红褐色，坍塌物中有两块孤石，每块孤石体积有50立方米左右。本循环开挖结束时对掌子面和拱顶围岩进行了初喷砼封闭，施工过程中两次对掉块部份围岩进行补喷砼封闭。根据塌穴的地质情况，分析认为，出现塌方的主要原因是洞顶覆盖层薄，围岩为强风化泥岩，遇水易软化，自稳较差，施工期间持续降雨，地质土含水量饱和，土压力较大，岩土失稳，从而发生洞坍塌。

（二）坍塌处理

1、坍塌段处理

用土袋封闭洞内堆积体；清理塌方段拱顶至原地表高度内的土体，使该段地体成漏斗型，避免土体二次塌方，保证加固塌坑土体的人员安全；用Ф108大管棚做超前支护。采用自进式跟管施工法，不能采用简易的潜孔钻来成孔，否则极容易出现塌孔。大管棚长20－30m，根据塌方段的长度而定，大管棚必须通过塌方体插入到未塌方的山体内。大管棚布设在拱部120°角范围内（视现场情况定），大管棚要对称布设，避免人为偏压。浆液为1：1水泥浆。塌坑四周表面采用锚喷支护。锚杆长4－6m，间排距为1.2×1.2m，锚杆尾部与钢筋网相连。钢筋网采用Ф8钢筋，规格为0.20×0.20m，外喷15－20cm厚C25砼。塌坑内堆积土体采用Ф50小导管注浆加固。小导管间排距为0.5×0.5m，梅花型布置，长度视塌坑内土体顶面至隧道拱顶距离而定。浆液为1：1水泥浆。视天气情况决定回填塌坑的时间。如果天气不好，要及时回填塌坑，避免塌坑积水而造成二次侵害隧道。回填塌坑时，以回填土高于原地表0.20m为宜，表面喷10cmC20砼封闭。塌坑四周设地表排水沟，视当地雨量情况定排水沟的断面，以保证雨水不流入到塌坑内为准。洞内以短进尺为宜，最好是一个循环一榀拱架；掌子面地体如果较松散，必须要每循环用喷射砼封闭。加大预留变形量为15－20cm，即型钢拱架半径加大15－20cm。锁脚锚杆改用Ф50注浆小导管，尾端与拱架焊牢。仰拱范围内加设仰拱锚杆，间距为1.0m，排距为1.5m，梅花型布设，防止拱架下沉。

2、前影响段的处理

塌方发生前，此段上半断面初期支护已按设计要求施工完毕，塌方段处理通过后，及时对塌方段至开挖掌子面进行全面量测，因受塌方影响，此段围岩整体性已被破坏，存在大面积的初期支护侵限，其中最大侵限值为46.3cm，其中隧道轴线左侧比右侧侵限的厚度和长度偏大，因此此段处理原则为先支撑，后打管注浆加固围岩，再凿除侵限部位，然后初期支护，最后衬砌。

施工要点：为了避免凿除砼的过程中，围岩继续变形，首先对塌方前影响段采用两排钢管临时支撑拱顶格栅，抑制围岩变形，钢管采用Φ200钢管，长度6．5m，纵向间距1m。

在钢管支撑完后进行，环向间距50cm，纵向间距1m，呈梅花型布置，外插角30度。注浆管长度4．5m，Φ45无缝钢花管，钢管外端1m范围内不钻孔，其余3．5m范围内梅花型钻孔。在导管注浆强度满足要求后，凿除侵限砼，重新支立格栅钢架支撑，实施网喷，并打锚杆。

下导开挖前先打锁脚锚杆加固拱脚，下导开挖采取先拉中槽，再挖马口的方法进行，马口开挖全部采用人工风镐进行，马口的长度不大于2m。马口开挖后，立即初喷砼，打锚杆、挂网、接立格栅钢架、纵向联结钢筋、喷砼。

塌方前影响段要遵循衬砌紧跟开挖支护，开挖一组，衬砌一组的原则。符合二次衬砌要求的断面、长度后，及时铺设防水板和施做二次衬砌。

参考文献：

[1]李世民,刘志强,彭友君,黄溯航.北京地铁矿山法施工隧道坍塌原因分析及预防处理措施[J].工程勘察,2008年8期.

[2]邓文瑞.崇义至龙勾公路东林山隧道坍塌冒顶事故病害分析及处理[J].城市建设,2012年35期.