隧道塌方原因及处理措施

隧道塌方原因及处理措施

目录

一、隧道塌方的原因 (1)

二、塌方处理一般程序 (2)

三、塌方处理实例 (3)

(一)隧道概述 (3)

(二)塌方过程 (4)

(三)塌方段原设计情况 (5)

(四)塌方可能原因分析 (5)

(五)塌方处理措施 (6)

(六)进度计划及人机配置 (9)

(七)施工注意事项 (10)

(八)处理效果 (10)

四、经验教训总结 (10)

隧道塌方原因及处理措施

一、隧道塌方的原因

目前国内在建和已建隧道工程中，均出现过不同程度的塌方现象，给建设和运营带来了较大的危害。在此，根据新奥法原理分析隧道塌方形成的可能原因。

新奥法的主要原理是在岩体力学特征和变形规律以及莫尔理论的基础上，通过量测手段对开挖后围岩进行动态监测，并根据围岩自稳的时间和空间效应确定爆破强度、开挖速度、初支参数以及辅助施工方法等。其力学机理是利用围岩自稳能力，及时施作初期支护和二次衬砌并与围岩形成整体受力结构。从此原理分析隧道塌方的原因如下：

（一）洞身工程地质条件差，围岩自稳能力低，施工时没来得及进行初期支护即发生坍塌。如掌子面围岩软弱、岩体破碎、地下水发育、洞身埋深浅。或隧区通过不良地质地段，如断层褶皱带、膨胀岩地区以及高应力岩层等。这些复杂地质条件往往有不可预见性，给设计和施工的准确性和安全性带来较大困难。见图1。

（二）设计过程中未能准确判断隧区地质条件，没有充分考虑不良地质对隧道的影响，特别是没有及时与现场实际地质条件进行跟踪分析，导致在围岩分级、支护参数设计以及开挖进尺要求等不合理。

（三）施工过程中没有对诸如软弱围岩、浅埋地层等不良地质体进行注浆、超前支护预处理，保证不了围岩足够的自稳能力和自稳时间；开挖爆破效果差，导致围岩应力集中，出现滑塌现象；没有按照设计和规范要求进行施工，如初支背后有空洞、初支厚度不够、锚杆的长度和数量不足以及钢架的间距过大等，致使围岩岩体间不能连成整体受力结构，保证不了支护强度与围岩滑移的力学平衡。

（四）新奥法施工是一个动态过程，对隧道进行实时监控是重要环节之一。目前很多隧道塌方造成人员伤亡、财产损失的原因就是监

控不到位。不能在塌方隐患出现前掌握围岩变形规律，不能及时预报围岩变形情况，并进行必要的加强措施，最终导致塌方的形成。

图1 隧道塌方原因

二、塌方处理一般程序

总体施工原则为强加固、短清渣、快支护、实回填、勤量测。对于小塌方可以直接进行塌体处理，对于塌方影响范围较大的分为初期处理和塌体处理两部分。

(一)初期处理

1.封闭塌体面，对塌方露出的新岩面挂网喷射混凝土，防止岩体风

化和继续塌落；

2.必要时对塌方体实施注浆固结或设置混凝土封堵墙，以待下一步

能更好的施工掘进；

3.设置临时钢支撑，稳定塌方空腔；

4.处理塌方影响段内侵限的初支，如注浆加固，抽换变形钢架、加

设锚杆等；

5.若塌方通顶，要在塌体地表修筑截排水设施，阻止地表水对塌方

体的影响。

(二)塌方体处理

1.加强超前支护，增设大管棚或双排小导管，保证开挖的安全性。

2.利用人工风镐，挖机配合，进行预留核心土台阶法开挖，控制好进尺长度，并及时施作初期支护。

3.利用可靠回填料对塌腔进行回填。并尽快施作二次衬砌。

(三)监控量测

全程做好地表沉降、拱顶下沉、洞内周边收敛的监控量测工作，并用数据指导施工。

三、塌方处理实例

下面以新建兰新铁路元山隧道进口塌方处理为例进行总结。(一)隧道概述

图2 塌方段隧道纵断面图

元山隧道位于军马一场西南方向祁连山中高山区，平均海拔3200～3800m，最高海拔为3292m。地形起伏不大，相对高差约50m，隧道最大埋深70m。起始里程为DK365+105～DK366+021，全长916m。全隧位于R-10000m的平曲线上，纵坡为20‰的单面下坡。隧道进口DK365+174～+184段于2011年3月19日晚22:00 左右发生塌方。如图2所示。

(二)塌方过程

2011年3月19日晚22：00许，DK365+180处拱顶开始掉渣，2分钟后出现塌方，现场无人员伤亡及机械破损，根据实际量测数据，塌方里程为DK365+174～+184段落，长度约为10m，塌方面积为15×15m，深度约为10m，塌方总方量约1500m3。

塌方现场形态为DK365+174～+184拱顶至地表岩土体垂直下沉，拱顶形成天窗，形状为椭圆形，如图3所示。原施作的初支钢架在拱腰连接处被折断，边墙钢架受塌方影响变形。塌方松散物沿隧道走向前后坡积范围约20米，塌方体多为块石、碎石及粗角砾土，岩性以砂岩为主，含少量炭质泥岩夹层。塌方处周边岩层较为松动，可能出现再次塌方。

图3 塌方空腔形态

塌方发生时，隧道掌子面开挖里程为DK365+250，仰拱里程为

DK365+159,二次衬砌未施作。塌方段初期支护施作时间为2010年9月～12月。

(三)塌方段原设计情况

隧道通过区位于F8断层影响带，DK365+174～+184段地层为第四系全新统坡积粗角砾土（Q dl64），洞身为石炭系上统泥质砂岩（C Ss3），强风化，岩体破碎多呈碎块及砂砾状，埋深10～20m，隧道围岩分级为Ⅴ级，按Ⅴc-2型衬砌参数支护，超前支护为Φ42超前小导管注浆，全断面I22a型钢钢架，间距0.5m，全环30cm厚C30喷射混凝土。采用三台阶七步开挖法施工。

(四)塌方可能原因分析

1.地质因素

A、该段处于F8断层影响带，岩体呈碎裂结构和松散结构，节理裂隙发育，大多数为张开节理，围岩完整性和稳定性较差；

B、隧道穿越的地层岩性主要为泥质砂岩，硬度低且为强风化状态，掌子面及塌方体均出现厚度不等的炭质泥岩夹层，隧区工程地质条件差，见图4；

C、塌方段拱顶距地表10～20m，属浅埋段，因高原季节性冻融现象，浅埋围岩受冻融水及反复冻胀的影响，降低自身稳定性。

图4 塌方空腔处围岩照片

2.设计因素