透析隧道坍方及预防

在复杂地质条件下的隧道施工中经常发生较大的坍方，危害极大，着重阐述隧道坍方产生的原因、处理方法及预防措施。并运用平衡拱理论，指导和制定塌方处理方案，对同类隧道施工具有一定的借鉴意义。

随着我国经济的高速发展，国力的增强、人民生活水平的提高，对交通的要求也越来越高。近年来，我国的高速公路、城际铁路、铁路客运专线、高速铁路、城市地铁、城市轨道交通等得到迅速发展，隧道及地下工程越来越多。对于隧道建设而言，通过近两个世纪的探索，形成了多种设计理论和工法，如矿山法、浅埋暗挖法、新奥法、挪威法等，这些设计理论和工法在隧道建设实践中发挥了十分重要的作用；但在具体实践中也出现了一些问题，尤其是一些坍方事故的发生，规模较大、造成了生命和财产损失、影响恶劣。这些事故的发生，血的教训，警示人们高度关注和重视隧道及地下工程的施工安全。

1.隧道坍方的主要类型

隧道或地下洞室在施工过程中发生的坍方形式是多种多样的，可以简单的列出以下一些形式：

1.1根据施工隧道坍方的地点不同划分。

1.1.1洞口段坍方：在进洞施工或在进洞一段距离（一般为50～200m）后发生的坍方。这类坍方因埋深浅、偏压、边坡失稳等原因会形成洞口滑坡、洞口坍塌，一般会坍至地表。

1.1.2洞内工作面坍方：在开挖工作面发生的坍方。

1.1.3洞内工作面后方坍方：距开挖工作面一定距离发生的坍方，这种坍方又被称为“关门坍方”，危害极大。

1.2因施工目的不同划分。

1.2.1导洞施工发生的坍方。

1.2.2横洞施工发生的坍方。

1.2.3斜井和竖井施工发生的坍方。

1.2.4开挖避车洞引起的坍方。

1.2.5处理欠挖时引起的坍方。

1.3根据坍方规模和形式划分。

1.3.1整体坍方：往往发生在软弱围岩中，从边墙或拱脚变形增大开始，进而波及到拱部，从而形成整个隧道坍塌。

1.3.2顺层坍方：亦称为“顺层滑坍”，当岩层的层面较光滑，层间结合力差，或受节理相交的影响，岩体呈相对破碎状，在开挖后出现顺层的滑移现象。

1.3.3局部掉块：严格地讲，局部掉块不能归入坍方范畴，因为它没有引起整体失稳。但掉块可大可小，当大到几立方米甚至几十立方米，也称之为坍方。这类坍方大都因为节理发育所致。

2.隧道坍方的原因分析

造成隧道坍方的因素是多方面的，有的是人为因素，有的是非人为因素，有的是由于经验不足，但都可以归结为管理原因。大致可以分为两大类，即自然因素和人为因素。

2.1自然因素（地质因素）。

大量工程事实证明，隧道及地下工程施工安全事故（坍方、塌陷）中起决定性的是地质因素。在勘探和施工过程中对地质情况认识不清，造成施工时出现了坍方：

2.1.1在开挖的过程中，围岩的地质条件发生突变，如从Ⅲ级突然变化到Ⅴ级围岩，存在岩层分界面、岩土分界面等不利结构。

2.1.2在隧道施工范围内、或隧道周边出现的断层、破碎带、软弱夹层、结构不利面、岩层的不整合接触带等。

2.1.3出现了特殊的不良地质，如膨胀岩、高地应力、溶洞、涌水等。

2.1.4地下水。地下水是使隧道围岩丧失稳定的重要原因，其影响主要有三个方面：一是软化围岩，软质岩石（土）体受水饱和后，其强度有不同程度的降低。如水浸入泥质岩层，能使岩质软化；水浸入无水石膏或以蒙脱石为主要成份的粘土，地层膨胀而对隧道产生极大的膨胀压力。二是软化结构面，泥质充填或具有软弱夹层的软弱结构面遇水后，即发生液化变软或填充物被冲走而降低结构面的抗剪强度，使岩体易于滑动。三是承压水作用，围岩受到水压作用后，更易失去稳定。

2.2人为因素。

2.2.1设计因素。

2.2.1.1选线不合理。无论是公路、铁路，还是城市地铁，有时过多的考虑到投资等经济因素，线路的选择和确定不能百分之百从技术、地质、实际功能需求和可行性来考虑，出现一些选线不合理的情况。如果线路不合理，隧道穿越地层就有可能由好地层变为不良地质地段，就容易出现隧道坍方。比如南方某线因线位过低，使一长隧道处在沟谷底部，施工时隧道内地下水长流不断，水量巨大，多次出现突水、涌水和坍方事故，造成工期、成本的巨大损失。另一长大隧道，因考虑投资，将线路标高提高，原来的长隧道变短，但隧道通过的地层由原来较为稳定的岩层，变为土质地层与含水砂层接触带，给施工造成极大困难，造成工期、投资得不偿失。

2.2.1.2洞口的位置选择不恰当，如位于较大的滑动体、断层之中，或存在偏压，从而引发洞口坍方。

2.2.1.3设计的支护参数偏小，无法保证围岩从开挖后到二次衬砌施作这段时间内的稳定。

2.2.1.4针对特殊不良地质地段，设计上给出的处理措施不当。

2.2.2施工因素。

2.2.2.1选择不正确的开挖方法，易引起坍方。

一般情况为：开挖面积小于100m2隧道：Ⅱ、Ⅲ级围岩一般采用全断面法开挖，Ⅳ、Ⅴ级围岩一般采用台阶法开挖。

开挖面积100～200m2隧道：Ⅱ级围岩采用全断面法开挖，Ⅲ、Ⅳ级围岩采用台阶法开挖、Ⅴ、Ⅵ级围岩采用CD、CRD法或侧壁导坑法进行开挖。

对破碎、软弱围岩或大断面施工，要采取一些辅助措施配合开挖：上半断面采用环形开挖、留核心土，喷射混凝土封闭开挖工作面，设临时仰拱封闭成环；设超前锚杆、超前管棚、插板、预注浆加固等措施。隧道渗水或涌水较大情况下，应采取较为保守的施工方法。

但施工中经常存在：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，如应该采用半断面开挖而实际采用了全断面，应该采用分步开挖的而实际采用了全断面或半断面等等；

一次开挖进尺过长也极易导致坍塌事故的发生，特别是软弱破碎围岩地段，上半断面应一次开挖一榀钢架，下半断面Ⅳ级围岩不超过两榀钢架，Ⅴ级围岩不超过一榀钢架。以上情况，致使一次开挖跨度过大或高度过高，超出了围岩自身稳定自然拱跨度，使隧道周边围岩形成塑性滑移楔体，直接造成坍方或支护结构的剪力破坏；

2.2.2.2选择不正确的施工方案，易引起坍方。

（1）小间距隧道施工。

未严格按小间距隧道设计规范进行施工。后行隧道未在先行隧道的模筑衬砌达到设计强度后进行，且后行的隧道开挖面未滞后先行隧道模筑衬砌不小于50m的距离。这样左右线隧道在同一横断面上同时施工或相距较近，会造成群洞效应，引起坍方。

先行隧道开挖支护中存在涌水、涌泥、大变形等地段时，后行隧道必须在先行隧道施作二次衬砌后，且达到设计强度后方能进行施工。严禁在先行隧道未施作二次衬砌前，后行隧道施作注浆、开挖支护作业，引起先行隧道关门坍方。

（2）偏压隧道施工。