隧道坍方原因及预防处理措施

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的要求； （3）安全、质量意识淡薄，在施工中存在侥幸心理、偷工减料、弄虚作
假等，造成支护质量远远达不到设计要求； （4）由于不合理工期、不合理造价等宏观决策，引起施工过程中强行追
求进度，造成支护强度达不到应有的要求，从而引发坍方。 坍方的综合预防措施 一、工程地质方面
隧道或洞室开挖后，使其周边的岩石处于悬空状况，同时发生下沉或 收敛变形，以释内部应力，由于岩石体中存在层理和节理（有时还有软弱 夹层），使周边的部分岩块力作用下，具有下落和挤出的趋势，如果此时未 采取相应的支护措施或所采取的支施达不到控制其变形发展的要求时，必 然会出现“掉块”现象，当这种“掉块”的数量到一定数值时，就是坍方。 这类坍方一般沿结构面形成，坍腔的形状极不规则。 （三）洞内土质类坍方
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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。 （三）因采用的施工方法不同划分
1、上（下）台阶坍方：因采用正台阶法施工时，在台阶的上（下） 部分发生的坍方；
2、左（右）侧导坑坍方：在采用侧壁导坑法施工时，在左（右）侧 导坑所发生的坍方。 （四）因施工目的不同而划分
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隧道坍方原因及预防处理措施
坍方类型、发生机理及原因 一、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，根据铁 道部立项的有关科研成果，可以列出如下的一些形式： （一）根据施工隧道坍方的地点不同划分
1、洞口坍方：在刚进洞施工时就发生了坍方，这类坍方有时也称为 洞口滑坡；
（4）隧道的爆破设计有问题，造成对围岩的扰动过大； （5）施作二次衬砌的时间太迟，围岩无法承受应力重分布后带来的直接 作用而发生坍方； （6）采用长台阶法施工时，上、下台阶的间距太大，直接导致坍方的发 生 （7）在软弱围岩的施工中，没有及时施作仰拱，未形成封闭的环状受力； （8）采用新奥法施工时，没有按时、按量的开展量测工作，或虽开展了 量测工作，但未及时进行信息反馈，从而造成决策失误。 （四）管理因素 （1）未经上级技术部门同意，擅自改变施工方法，如开挖方式、支护方 式等； （2）不严格遵守设计文件、施工组织设计、《隧道施工技术规范》、《隧 道验收评定标准》的要求和规定组织施工，达不到“均衡生产、有序施工”
现场管理在目前隧道施工防坍中，是极其重要的环节，从隧道的开挖 到支护、衬砌都需要严格地遵照设计文件、施工组织、施工规范、验收标 准等要求进行。如果施工现场没有严格的管理，隧道坍方的发生就不可避 免。再者，现在许多隧道的开挖甚至连支护部分都分包给民工进行施工， 那种“包而不管”或“以包代管”的做法是引发坍方的另一直接原因。总 之，在管理方面，必须加强以下几方面的工作：
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及破碎带时，必须及时改变施工方法，增大支护参数，以及其他必要的技 术处理手段，才能达到防坍的目的。 二、施工技术方面 （一）隧道开挖
为了尽量利用围岩的自承能力，减少对围岩的扰动，应尽可能地采用 全断面的光面爆破技术；对于地质条件较差者，可采用半断面，同时采用 弱爆破技术；对于大断面和特大断面，应采用分步开挖法进行，如 CD 法、 CRD 法等。 （二）初期支护
初期支护对于隧道的稳定起决定性作用，支护的目的就是提高围岩的 自稳能力，延长其自稳时间，以保证在施作二次衬砌前不发生坍方，因此， 必须确保初期支护的参数和质量达到设计要求。特殊情况下，还可以采用 预应力锚杆、膨胀性锚杆、迈式锚杆，喷射混凝土可采用钢纤维喷射混凝 土、碳纤维喷射混凝土等技术手段。 （三）超前支护
①采用长锚杆，长度须超过滑动面，一般为 8~20m ，并严格进行注浆。 ②采用预应力锚索，其长度也必须穿过滑动面，一般为 12~40m，并严 格进行注浆。 ③采用抗滑桩进行加固，其长度仍必须穿过滑动面，其断面大小一般 为 2m*2m~4m*4m。 4、仰坡加固完成后，对于洞口段已露空洞身时，可采用暗洞明做或 改为明洞衬砌，拱圈上部回填土石或浆砌片石。 5、根据仰坡坍方的规模及处理后的稳定情况，对洞内二次衬砌进行 适当加强，如增大衬砌厚度或采用钢筋混凝土、钢架混凝土衬砌等。 二、洞内岩石类坍方 根据实践的分析，岩石类坍方的围岩级别一般为Ⅱ~Ⅳ 级，岩体以未 风化或弱风化的岩层为主，节理较发育，坍体呈破碎的石块状，其中粘土 及砂的含量相对较少，一般不超过 30% ，未坍方围岩处于相对稳定的状态。 坍方的规模一般为中、小型，个别为大型坍方，坍方数量不超过 5000m3 。 1、对于中、小型坍方，从坍腔口可观察到在坍壁稳定的情况下，是 否可采用清碴的方法，同时根据坍腔的矢跨比（H/B），采取不同的处理措 施：
2、对于大型或特大型坍方，不必全部清除坍体，可采取挖台阶的形 式清除一部分，然后进行喷锚网加固，并在仰坡上的适当位置设置浆砌片 石挡墙作防护。
3、当坍方是因为洞口附近的山体滑动引起的，且坍方发生后，滑动
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体尚未稳定，此时必须先加固滑动体，然后再处理坍方。目前加固滑动体 的技术措施主要有三种：
1、对中小型坍方，应将坍体自上而下全部清除，根据坍方清除后的 坡面情况，决定是否采用刷坡卸载的方法，同时对仰坡面自上而下进行喷 锚网加固。其支护参数为： 喷射混凝土厚度：8~15cm ； 锚杆：φ22mm ，长 3~5m ；间距 1m*1m~1.5m*1.5m ； 钢筋网：φ6mm~φ12mm ；网格间距 15cm*15cm~25cm*25cm 。
2、洞口段坍方：在进洞一段距离（一般为 50~200m）后才发生的坍 方，这类坍方一般因埋深浅而坍至地表；
3、洞内工作面坍方：在开挖工作面发生的坍方； 4、洞内滞后工作面坍方：距开挖工作面一定距离发生的坍方。 （二）根据坍方规模和形式划分 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，从而形成整体坍塌； 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； 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
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（1）当坍腔的矢跨比 H/B＜0.7 时，采用 WFN 法进行处理。 利用围岩暂处于基本稳定状态，边清碴边处理，抓紧时间沿坍塌面采用喷 锚支护技术加固未坍的地层，即“外层初期支护”，简称为“W”，然后沿二 次衬砌外轮廓施作钢筋,（钢架）混凝土支护壳体，即“内层初期支护”， 简称“N”，同时用钢架将内、外层初期支护连成整体，待二次衬砌完成以 后，沿内层初期支护的外轮廓依次设防水层、1m 厚混凝土护拱及 1m 以上 的土层缓冲层，即“防护层”，简称为“F”。使用这种方法的特点是：工序 多，处理周期较长，成本较高，但安全可靠。
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小导管预注浆等）措施而未采取，或虽然已采取但其质量和效果未能达到 要求；
（2）开挖方法不正确，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；
（3）初期支护未按设计的参数进行，如锚杆的长度、间距、喷射混凝土 厚等，使围岩的稳定性达不到要求；
4、必须坚持开展监控量测工作，并及时做到量测资料的收集、处理 和信息反馈。 坍方的技术处理措施
本节主要介绍三类坍方发生后应采取的相应技术措施。这些技术处理 措施是根据前面部分工程中发生的坍方实例的处理手段，并结合目前广泛 采用的一些较为成熟的技术措施，通过系统的总结和归纳形成的。 一、洞口坍方的处理措施
1、导洞的坍方； 2、横洞的坍方； 3、斜井的坍方和竖井的坍方； 4、开挖避车洞引起的坍方； 5、处理欠挖时引起的坍方。 （五）为简单、直观，可将所有坍方形式划分为 3 大类 1、洞口坍方（包括洞口段坍方）； 2、洞内石质类坍方； 3、洞内土质类坍方。 二、坍方发生机理 （一）洞口坍方
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为：坍体为松散的砂、土（或碎石）混合体，数量较大，坍腔形状较为规 则，一般为圆弧形或拱形。 三、坍方发生的原因
发生隧道坍方的原因是多方面的，有的是人为因素，有的是非人为因 素不足， 通过我们的调查，将坍方的发生原因概括为以下四个方面。 （一）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： （1）在开挖的过程中，围岩的地质条件突然变差，如从Ⅲ级突然变化到 Ⅴ级围岩。 （2）施工过程中出现了较大的断层、破碎带或软弱夹层； （3）出现了特殊的不良地质，如膨胀岩、高地应力、溶洞、涌水等。 （二）设计因素 （1）洞口的位置选择不恰当，如位于较大的滑动体或断层之中，从而引 发洞口坍方； （2）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； （3）针对特殊不良地质地段，设计上给出的处理措施不当。 （三）施工技术因素 （1）根据局部地质状况，需要采取超前支护（超前锚杆、管棚、注浆、
当围岩的自稳能力较差时，为了预防坍方，必须采用超前支护，其主 要的内容有：超前锚杆、小导管注浆、管棚、全断面预注浆、深孔注浆、 帷幕注浆以及在洞口浅埋段采用的地表注浆等。 （四）二次衬砌
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二次衬砌不得严重滞后初期支护，软弱围岩地段应紧跟开挖， 、 级 围岩需根据量测结果确定最佳施作时间。 （五）监控量测
1、严格遵守铁路、公路、水工隧道施工规范和隧道验收评定标准、 设计文件以及施工组织设计的要求和规定；
2、未经上级技术部门同意，不得擅自改变施工过程中的开挖、支护 方式；
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3、认真进行支护作业，确保锚杆的长度、间距、喷射混凝土厚度、 格栅拱架间距等参数达到设计要求；
（2）当坍腔的矢跨比 H/B≥0.7 时，采用 WF 法进行处理（W 、F 的 意义同上），即在坍方发生以后，利用围岩的自稳能力，抓紧时间沿坍塌面 进行外层初期支护，即 W 。不设（也难于设）内层初期支护，待洞内二次 衬砌完成以后，设置与 WNF 法相同的防水层、1m 厚的护拱及 1m 以上厚度 的土石缓冲层。与 WNF 法比较，WF 法不设内层初期支护以及内、外层初期 支护之间的连接钢架，从而使成本大幅度降低，处理周期大大缩短，但因 为矢跨比较大，再次坍方的可能性较小，仍能基本保证施工安全。由于设 有 1m 的混凝土护拱及 1m 以上厚度的土石缓冲层，即使在隧道竣工后的运 营时期，发生了一定规模的坍塌，其抗冲击能力仍可确保运营的安全。
量测工作在隧道的防坍工作中，起着重要的作用，它是新奥法的三大 核心之一。围岩的失稳破坏总有一定的先兆，通过将量测结果与设计给出 的判断标准（也称为管理值）比较，即可得出围岩，包括初期支护是否稳 定的结论。但是必须指出的是：量测结果超过标准值时，隧道并非一定发 生坍方；相反，量测结果没有超过标准值时，隧道也并非一定安全稳定。 三、现场管理方面
3、在软弱围岩地段，为了防止坍方，必须采取正确的开挖方法，如 短台阶法、分部开挖法等，并确保初期支护质量，如果软弱围岩地段又同 时处在浅埋和大跨度的情况下，此时是隧道施工安全最薄弱的地方。为了 防止坍方，必须制定一Biblioteka Baidu套的防坍技术措施，内容包括：超前支护、加强 初期支护、监控量测、二次衬砌紧跟等。
4、在隧道开挖过程中，突然遇到了较大的涌水、流沙、溶洞、断层
由于洞口一般为堆积层或风化严重、破碎的岩体，其自稳能力以及整 体稳定性均较同时又处在浅埋地段，如果在进洞前未对边仰坡采取一定的 技术措施（如刷坡卸载、支护、注浆加固等），或采取的技术措施未能达到 要求时，在进洞后，必然引起上端围生应力重分布，在重力作用下出现下 沉或开裂变形，当这些变形发展到一定程度时，平衡被打破，导致大面积 的整体失稳，进而发生整体坍塌，这就是洞口坍方。 （二）洞内石质类坍方
土质类隧道或洞室开挖后，由于围岩的 、 值较低，周边一定范围内 很快发生松弛变形，随着这些变形的逐渐扩展，围岩的整体强度降低，同 时土压增加，进而引发局部的塑性破坏，在围岩（土质体）内部出现空洞 导致局部发生坍塌，局部（浅埋时在地表）出现下沉，塑性区进一步扩大， 土压力剧增最终导致整体失稳，大面积坍塌，这就是坍方。这类坍方表现
1、首先要了解设计上标注的地质情况及特点，并随时与现场的实际 地质情况相对照，弄清设计意图，这一点对隧道防坍工作极为重要。以往 的事实说明，许多隧道坍方的发生，都是因为忽视隧道所处的地质条件或 对地质条件发生变化熟视无睹造成的。
2、加强对地质的超前预防，主要的措施有超前钻孔、地质雷达、波 速测试以及宏观的工程类比法等。