浅谈隧道工程塌方的预防及处理方法

浅谈隧道工程塌方的预防及处理方法
摘要：在施工中我们要采取有效的措施来预防塌方的发生，当在施工中不可避免地出现塌方的时候，我们能够提出合理的处理方法和步骤。

本文主要介绍隧道工程预防塌方的施工措施及隧道发生塌方后的处理方法。

关键词：隧道、塌方、处理、措施
1、引言
茶叶沟隧道穿越处为中低山间谷地，隧道埋深较浅（3~23m），地质状况较为复杂，为大连市土羊高速公路施工难度最大的一座隧道，隧道全长755米，其中左幅350米（LK5+975-LK6+325）、右幅405米（RK5+925-RK6+330）。

洞身采用新奥法原理设计，以柔性支护结构体系为主要受力结构的圆弧拱复合式衬砌，即喷锚、钢筋网、格栅、钢架等为初期支护，模筑混凝土为二次支护，并在二次支护之间敷设橡胶排水板加土工布，对于软弱围岩及断层破碎带采取适当的预支护措施来保证围岩的稳定和初期支护的施作。

对于一个地质复杂、节理发育，施工难度较大的隧道工程，有效的预防隧道塌方以及塌方后能够采取行之有效的方法进行处理，这将是一个企业能否取得效益和效益最大化的决定性因素，本文将着重介绍隧道工程预防塌方的施工措施以及隧道塌方的处理方法。

2、预防塌方的施工措施
2．1塌方前的征兆
（1）量测信息所反应的围岩变形速度或数据值超过允许值。

（2）喷射混凝土产生纵横向的裂纹或龟裂。

（3）在坑顶或坑壁发现不断掉下土块、小石块或构件支撑间隙不断变大、张开。

（4）岩层的原理、节理缝或裂隙变大、张开。

（5）支撑梁、柱变形或折断，楔子压扁劈，填塞木弯曲折断，扒钉受力变形，木支撑发出“劈啪”破裂声。

（6）坑道内渗水、滴水突然加剧或变浑。

2．2预防塌方的施工措施
（1）隧道施工预防塌方首先工作是要做好地质超前预报，选择相应的安全合理的施工方法和措施。

尤其是隧道地质条件千变万化，在施工过程中一定要根据地层实际情况及时变更支护设计，不能盲目施工。

（2）对于稳定性比较差的围岩，在雨季要按照“截、排、堵”原则解决好排水问题，而且要及时喷混凝土封闭掌子面，并及时施作临时支护，确保隧道施工安全。

（3）隧道施工应严格遵循新奥法原则。

做到短开挖，弱爆破，强支护，快衬砌。

短开挖即各部开挖工序间的距离要尽量缩短，以减少围岩暴露时间，避免围岩松弛变形。

弱爆破，既在爆破时，采用浅眼、密眼，并严格控制装药量或用微毫秒爆破。

强支护。

既针对地压情况，确保支护结构有足够的强度。

快衬砌。

既衬砌工作须紧跟开挖工作面，力求衬砌尽快成环保证坑道的稳定性。

（4）隧道开挖要注意开挖断面的圆顺，凹凸不平的洞室容易形成应力集中，造成土体剥落，最终引起塌方。

开挖断面应保持圆顺。

（5）重视开挖过程中核心土的作用，掌子面处的土体原来处于三向受力的平衡状态，隧道开挖后便打破了这种平衡。

为了形成新的应力平衡就需要施工支护及衬砌等承力结构。

但在刚开挖后这些结构还未上或未发生作用时，注意尽量维护掌子面的三向受力状态就是非常重要的问题。

预留核心土就能极好的维持这种状态，使隧道施工的安全得以保障。

（6）控制好施工掌子面与施工支护及衬砌的间距，隧道的围岩在开挖后都有一段自稳过程，根据围岩类别的不同这段时间有长有短，经过一段时间后应变就会加剧，以至于失稳引起塌方。

在隧道施工中开挖、支护和衬砌是同时在进行的三道工序，怎样在保证安全的前提下使三道工序有序地进行是隧道工程技术人员应着力研究的问题。

我们认为由于隧道洞内土体性质的多样性，以及受地下水的影响等因素，任何隧道开挖后遇到的情况都不可能完全相同，最根本的方法还是应当借助于仪器监控量测，具体问题具体对待，在没有量测的情况下，一般有以下的经验可以借鉴：
I—II类围岩应先护后挖，在开挖之前用小导管或超前锚杆进行超前支护。

衬砌施工应尽可能的紧跟。

II—III类围岩的支护应紧跟开挖，随挖随支护。

衬砌距掌子面5—8m。

IV类及IV类以上围岩需要支护时，支护距开挖面的距离为5—10m。

衬砌距掌子面的距离以各工序互不干扰为宜。

（4）勤检查、勤量测。

对围岩发现有变形，要立即采取有效措施及时处理隐患。

隧道开挖后及时掌握围岩的变形状况是非常重要的，在普遍的非新奥法施工的隧道中，围岩变形的量测几乎已被人们忽视。

其实，不论是采用新奥法施工还是采用常规的方法施工，及时的掌握围岩变形状况都是非常必要的。

在隧道的施工中应该重视拱脚水平收敛及拱顶下沉的量测，根据量测数据及时改变支护及衬砌形式，这对于避免隧道塌方事故是非常有必要的。

这就要求我们技术人员在隧道施工整个过程中一定要采取各种手段来探明实际的地质状况，不要因为勘测资料的不准确而造成设计上的失误，给工程带来危害。

3、塌方的处理
3．1处理塌方的一般步骤及方法
3．1．1防止塌方的扩大
（1）塌方发生后，首先应防止塌方范围继续扩大。

（2）在塌方范围内的顶部与侧壁危石及大裂缝，应先行清除或锚固，加强原有支护，以防止塌方扩大。

（3）在塌方范围内架设支撑或喷射混凝土，必要时施设锚杆。

（4）及早进行塌方段两侧衬砌，以保证塌方不再扩大，确保安全。

3．1．2塌方的处理方案
如塌方体积小，且塌方范围已进行喷锚或较为牢固的支撑时，可由两端或一端先上后下地逐步进行清除塌碴，随挖随喷射混凝土，架设临时构件支撑支顶。

如塌方体积较大，或地表已下沉，或因塌体堵塞无法进入塌方范围进行支护时，则可以先进行注浆加固塌方体，然后用“穿”的方法在塌方体内进行开挖、衬砌，具体可根据现场揭露塌方区的地质情况，结合洞内施工条件，可采用超前小导管预注浆或长大管棚超前支护等多种方法“穿过”塌方体。

地表沉陷加固，对塌方地段地表可采用ф42钢管注浆加固，注浆加固范围初步确定横向为隧道轮廓线以外1m，纵向为塌方体两侧各延伸1米范围内，注浆孔间距可选1.5米, 梅花形布置，注浆孔深度根据地形实测标高而定，孔底落在隧道开挖轮廓线以外1m。

对地表出现沉陷的，还应对所影响的范围，设置截水沟，排出地表水，采用粘土回填后进行植树、植草绿化。

3．2处理塌方常用的支护方式
3．2．1喷锚处理
（1）由外向内、由上到下，随清理塌渣随向岩壁先喷一薄层砂浆，然后再喷射混凝土。

混凝土宜分层喷射，每层厚度控制在5cm左右。

（2）喷射1~2层混凝土后，可随即加设锚杆并挂网再喷射混凝土。

（3）塌渣清除后，及时做好二次衬砌。

3．2．2构件支撑处理
（1）在塌方体不太高，塌穴呈锥形，塌壁不太松散的情况下，可使用人字支撑。

见图1：
图1 塌方支撑
（2）当塌方体较高，但塌体侧壁形状较整齐，且侧向压力不大时，可按垂直于隧道的方向架设横向排架。

先将塌方体顶的石渣扒平，铺上横梁，再在其上架设排架。

排架间距根据塌穴围岩情况而定，一般净间距为1~2cm左右，见图2：
填塞木
倒换支撑
下横梁
塌渣随塌方清除
拱圈外轮廓线
图2 高塌方支撑
（3）当塌方较大，且围岩压力也较大时，宜在塌方范围内全部用纵棚架支撑。

先将塌渣顶部适当扒平，沿隧道中线方向平行设置纵地梁数根（地下预铺横梁），并于纵地梁上按照导坑支撑的形式以1m左右的间距架设箱形棚架。

以后逐层向上架设至塌方顶部，用填赛塞紧。

随塌渣的清除，架设立柱，并以纵撑撑牢。

见图3：
（4）当塌方直至地表面而深度不大时（小于10m ），可设置井箍，见图4：
由地面向下逐步清除塌渣，随即架设箍架支撑。

当塌穴较深时，则可先将井口至塌渣顶面一段箍好，不进行清理塌渣，而在洞内采取穿过塌方的处理方法施工。

（5）当洞穴成斜孔时，处理方法根据斜度而定，倾角≤300，可按斜井施工方法进行出渣及支撑；倾角≥350时，运用井箍支撑及由上而下地清渣。

3．3．3衬砌施工
（1）随着塌渣的逐渐清除，衬砌逐段推进，快速成环。

（2）如塌方范围的围岩不太稳定，在处理塌方中有继续塌方的可能时，可在塌方范围内选择适当位置做塌方体护拱，以掩护施工操作。

护拱顶上应以碎渣铺填2m 厚左右作为缓冲层，见图5。

图5 塌体护拱
拱圈外轮廓
塌体护拱
缓冲层
图4 井箍支撑
（3）如塌体未进行预注浆加固而采用“穿”施工法时，拱脚的衬砌应加宽并灌抵挖轮廓壁（开挖轮廓过大时），以便保证拱脚稳固。

3．3．2塌方体回填
（1）塌方清除塌渣后，拱背应先以浆切片石回填20~30cm厚，其上再用干砌片石回填，回填高度应尽量填满塌方范围，塌体内木支撑应尽量拆除。

（2）在塌方体的护拱与拱圈间应全部回填密实，塌方体护拱以上回填厚度不应小于2m。

（3）如塌方直达地表，除按照规定作好拱部回填外，另用一般石头回填夯实至距地表
1~2m，再用粘土填至高于地表并向四周倾斜，采用粘土回填后进行植树、植草绿化，且周围做好排水沟。

4．结束语
隧道施工中的塌方不仅会造成人员伤亡，延误工期，浪费国家财产，而且由于塌方改变了围岩原始受力状态，在塌方处理中无论采取怎样的方法，围岩也不可能恢复到塌方前的受力状态，给以后的运营留下隐患，所以，在施工中我们一定要采取有效的措施来预防塌方的发生，当在施工中不可避免地出现塌方的时候，我们也能够提出合理的处理方法和步骤。

由我们沈阳公路工程监理有限责任公司负责监理的大连土羊高速公路茶叶沟隧道，正是由于我们在施工中做到了以上两个方面的监理工作，从而使得该隧道能够安全、顺利地贯通。

并最终取得良好的社会效益和经济效益。