复杂地质条件下隧道洞口崩塌成因分析及处治措施研究

复杂地质条件下隧道洞口崩塌成因分析及处治措施研究

向芃坤 

云南地质工程勘察设计研究院有限公司  云南昆明  650100

摘要：在隧道工程建设中，尤其是在复杂地质条件下，隧道洞口崩塌问题成为影响施工安全和隧道稳定性的重要因素。本文通过分析隧道洞口崩塌的成因，探讨了相应的处治措施，旨在为类似工程提供理论支持和实践指导。

关键词：复杂地质条件；隧道洞口；崩塌；处治措施

1.隧道工程在交通建设中的研究背景及意义

隧道工程在交通建设中占据至关重要的地位，其不仅是连接山脉、河流等自然障碍的纽带，更是实现交通线路优化、提升交通效率的关键。在复杂多变的地质条件下，隧道施工面临着巨大的挑战。这些挑战包括但不限于地质构造的复杂性和多变性、水文地质条件的影响，以及施工过程中可能出现的坍塌、冒顶等安全事故。此外，隧道施工还需要充分考虑环境保护和生态恢复等因素，以确保可持续发展。特别值得注意的是，隧道洞口崩塌事故的频发，不仅对施工安全构成严重威胁，还可能对周边环境造成不可逆的损害。因此，深入研究隧道洞口崩塌的成因和处治措施，对于降低事故风险、保障施工安全和人民生命财产安全具有重要意义。这不仅是对隧道工程技术的一次考验，更是对交通建设行业可持续发展的一次重要探索[1]。

2.复杂地质条件下隧道洞口崩塌成因分析

2.1地质环境因素

地质环境因素在隧道洞口崩塌中扮演着关键角色，其中，地质构造的复杂性尤为突出，如断层、破碎带等地质结构显著增加了岩体的不稳定性。这些地质结构在受到施工扰动或自然力作用时，容易导致岩体的失稳和崩塌。同时，水文地质条件也不容忽视，地下水、岩溶等水文现象通过软化、浸泡、冲蚀等作用，会进一步加剧岩体的失稳和塌落。特别是在岩溶地区，由于岩石的溶蚀作用可能形成空洞或溶洞，进一步削弱了岩体的稳定性，增加了崩塌的风险。此外，岩石的类型和性质也直接决定了岩体的稳定性和抗崩塌能力。例如，灰岩、泥质板岩等软弱岩层，因其强度低、稳定性差，在隧道施工过程中或自然环境下更易于发生崩塌[2]。因此，在隧道设计和施工过程中，必须充分考虑这些地质环境因素，采取针对性的预防和处治措施，以确保隧道洞口的安全稳定。

2.2工程设计因素

在隧道工程设计中，预防崩塌的关键在于充分考虑工程设计因素。首先，隧道选址的合理性是预防崩塌的重要前提。选址不当，将隧道置于地质条件复杂、稳定性差的地段，无疑会大大增加崩塌的风险。因此，选址时需细致评估地质条件，确保隧道位于相对稳定的地质环境中。其次，隧道设计参数的选取也是至关重要的。设计参数如埋深、跨度、形状等必须充分考虑地质条件和施工要求。不恰当的参数设置可能导致岩体的应力分布不均，进而引发崩塌。因此，设计团队应依据专业知识和经验，结合地质勘察结果，科学合理地选择设计参数。此外，支护结构的设计是维持隧道洞口稳定性的关键措施。支护结构必须能够有效地抵抗岩体的变形和破坏，防止崩塌的发生。因此，在支护结构的设计中，不仅要考虑其强度和刚度，还需注重其适应性和耐久性[3]。

2.3施工因素

在隧道工程中，施工因素对于预防洞口崩塌具有不可忽视的重要性。首先，爆破作业作为常见的施工方法，其产生的振动波对周围岩体和隧道结构的影响不容小觑。爆破振动可能导致岩体应力重新分布，甚至直接破坏岩体结构，增加崩塌风险。因此，在爆破作业中，必须科学设计爆破方案，采用低振动技术，并实时监控振动参数，确保施工安全。其次，开挖方式的选择同样对隧道洞口的稳定性具有显著影响。不同开挖方法对围岩的扰动程度和变形特征有所不同。分部开挖方法能有效控制隧道边墙节点的水平位移，降低对洞口稳定性的影响。因此，在选择开挖方式时，应综合考虑地质条件、隧道尺寸和施工要求，选择最适合的开挖方法。此外，支护施工的及时性对于维持隧道洞口稳定性至关重要。支护结构能够及时防止岩体的进一步变形和破坏，降低崩塌风险。在隧道施工过程中，必须严格按照设计要求进行支护施工，确保支护结构的强度和刚度满足要求。同时，加强洞口处的支护措施，如采用超前支护技术和及时封闭受力环等，可以进一步提高隧道洞口的稳定性。

3.隧道洞口崩塌处治措施研究

3.1常规处治措施

在临时支护方面，当崩塌范围较大时，可采用钢架支撑来迅速稳定岩体。例如，使用直径为20-30厘米的钢架，按每3-5米设置一个支撑点的方式布置，以确保其能够承受岩体的压力和变形。此外，管棚法也是一种有效的临时支护措施，通过在崩塌区域上方或周围设置10-15米长的管棚，能够有效防止岩体的进一步崩塌。排水措施在崩塌处治中同样重要。通过合理设置截水沟和排水沟，可以有效拦截和排出流入崩塌区域的水流。具体而言，截水沟应设置在隧道洞口外，其深度至少为1.5米，宽度根据水流量而定，以确保能够充分拦截地表水和地下水。而排水沟则应设置在崩塌区域周围，其坡度一般控制在2%-5%左右，以确保水流能够迅速排出。在加固措施中，注浆加固和锚杆加固是两种常见的方法。注浆加固通过向崩塌区域注入浆液（如水泥浆、化学浆等），来填充岩体中的空洞和裂缝，提高岩体的密实度和稳定性

[4]。注浆压力通常控制在1-2MPa之间，注浆量根据岩体的空洞和裂缝体积以及浆液的性质进行计算。在崩塌区域的岩体中设置锚杆，锚杆的长度、直径和布置方式根据崩塌范围和设计要求进行设计。一般而言，锚杆的长度在3-6米之间，直径在16-32毫米之间，布置方式则根据岩体的稳定性和施工条件确定。

3.2创新处治措施

在隧道洞口崩塌的处治中，除了依赖传统手段，创新技术的融入变得至关重要。一方面，新型支护材料如超高分子量聚乙烯纤维增强复合材料（UHMWPE）和碳纤维复合材料，以其高强度、高韧性和优异性能，为隧道支护结构提供了更可靠的支撑。UHMWPE断裂强度高达30MPa以上，能有效抵抗围岩变形压力；而碳纤维复合材料则以其高比强度、高比模量及耐疲劳、耐高温等特性，显著提升了支护结构的强度和稳定性。另一方面，智能监测与预警系统的研发，将传感器、摄像头、无人机等先进设备集成于一体，构建了全方位的监测网络。这一网络能够实时监测隧道洞口的位移、应力、变形等关键参数，并通过人工智能算法进行数据分析与预测。一旦监测数据超过预设阈值，系统将自动发出预警信号，确保相关人员能迅速采取应对措施。此外，崩塌预测与防控技术的集成也非常关键。该技术通过融合遥感技术、地质力学技术和传感器技术等多种手段，构建一个综合的崩塌预测模型[5]。这一模型能够全面考虑地质条件、气候因素、施工活动等多种影响因素，对隧道洞口的崩塌风险进行精准预测。在预测到崩塌风险后，可灵活运用超前支护、注浆加固、锚杆加固等多种防控技术，确保隧道工程的安全稳定。

结束语：

综上，复杂地质条件下隧道洞口崩塌的成因复杂多样，需要综合考虑地质、施工和环境等多种因素。通过合理的处治措施选择和优化组合，可以实现对崩塌风险的有效控制。在实际工程中，应根据具体情况进行崩塌风险评估和处治措施设计，确保隧道工程的安全稳定和经济效益的最大化。同时，随着科技的不断进步和创新技术的应用，未来将有更多高效、环保的处治措施被应用于隧道洞口崩塌的治理中。

参考文献：

[1]刘吉昌, 杨帆, 庞石, 王清标, 袁月明. 复杂地质条件下洞口的施工稳定性及安全性研究[J]. 建筑技术开发, 2020, 47 (20): 109-111.

[2]王世纯. 复杂地质条件下轨道交通长大隧道设计技术[J]. 工程技术研究, 2020, 5 (16): 220-221.

[3]张惠民. 复杂地质条件下大断面隧道洞口段支护参数研究[J]. 公路, 2020, 65 (03): 344-348.

[4]吴俊. 刍议复杂地质条件下隧道综合施工技术[J]. 工程建设与设计, 2019, (14): 145-146.

[5]孙祺华, 孟芹, 李剑. 复杂地质条件下高寒山区超长公路隧道总体建设方案研究[J]. 安全与环境工程, 2019, 26 (03): 1-8.