浅谈软弱围岩隧道塌方机理及处理技术措施

从隧道 的塌方现象与原 因分析 ， 隧道作为典型
的地质工程 ， 地质条件在不确定性。在施工过程中 ， 岩石 即开挖对象 ， 而洞室周 围部分与支护又组成共
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甘
肃
科
技
第３ ０卷
同承载 体岩 石开挖 后原 有 的岩石 结构 和受 力平 衡被
破坏 ， 岩体在 自 重 的作用下产生应力重分布 ， 形成新 的受力平衡体系， 有一定的 自 稳能力 ； 如果不及时支 护或不支护， 在重力 、 高 地应力 、 不对称荷载 的作用
岩体破碎 ： 对于一些坚硬的岩石 ， 如坚硬 的岩浆岩 、 石灰岩、 砂岩等， 虽然其岩石强度较高 ， 但若受到强 烈的构造运动影 响， 导致 节理 、 裂 隙、 断层等结构 面 发育 ， 特别是结构面充填软弱填充物的场合 ， 会造成
围岩 强度 降低 很 多 ， 其 自稳 性 变 差 ； ３ ） 岩 体赋 存 环
面 向前推 进 时 ， 隧道 围岩 的 破坏 会 因隧 道 开 挖 卸荷 而产 生 围岩应 力 的 重新 分 布和 岩 体 的应 变 软化 ， 这 时会 在软 弱 围岩 内部产 生裂 缝 和破坏 或 因 围岩 内部
岩体作为一种经历 了地质构造运动的变形与破 坏， 包含各种结构面的复杂地质体 ， 岩体在某个初始 应力 状 态下处 于平 衡稳 定状 态 。隧道 的开挖 打破 了 上述平衡状态 ， 使围岩发生卸荷回弹和引力重分布，
（ 庆 阳能源化工集团有限公司 ， 甘肃 庆阳 ７ ４ ５ ０ ０ ０ ） 摘 要： 软弱 围岩大变形是隧道塌方的重要因素 。通过对软弱 围岩 隧道大变形 及塌方机理 的分析 ， 总结研 究了软弱
围岩隧道施工 防坍塌技术措施及 隧道塌 方处理技术 措施 ， 为 以后 软 弱围岩隧道 施工 防坍塌 以及坍 塌处理提供 了技 术支 持和经验支持 。
一
步 总结 软 弱 围岩塌 方 的机理及 治理 技术 措 施 。
围岩引力状态变化大 ， 或因岩体强度低 ， 围岩适应不
１ 软弱 隧道塌方机理分析
１ ． １ 软 弱 围岩 的含 义 围岩 是指 受 隧道 开挖 影响 而发 生应力 状 态改 变
了回弹应 力 和重分 布应 力作 用 而丧失 稳定性 。当隧 道 的掘 进面 向前 推进 时 ， 隧 道 围岩 的破 坏 会 因隧 道
度不同于岩石 的强度也不同结构面的强度 ， 岩体强
度受岩石强度 ， 结构 面强度 ， 岩体强度 ， 岩体赋存环 境等多种因素 的控制。对 于软弱围岩来说 ， 导致其 强度低的主要原 因有 以下 三点： １ ） 岩石强度低 ： 根 据我 国工程岩体分级标准、 岩土工程勘察规范 、 铁路
为： 开挖一 围岩塑性变形 支护过大变形一支护局 部破坏 支护与围岩破坏失稳 塌方。
关键 词 ： 软弱围岩 ； 隧道 ； 塌方机理 ； 技术措施
中图分类号 ： Ｕ ４ ５ ５ ． ７
近 些 年来 ， 在 我 国铁路 隧道施 工过 程 中 ， 因复 杂
的地质条件和施工工况或爆破扰动等因素均引起隧 道塌方， 而软弱围岩大变形引起 隧道塌方居多。造 成 了严 重 的安 全事 故 和 巨大 的财 产损失 。 岩体作为一种经历 了地质构造运动的变形与破 坏， 包含各种结构面的复杂地质体 ， 在初始应力状态 下 处 于平 衡稳 定状 态 。隧道 的开 挖打破 了上述 平衡
下， 则 会发 生塌 方 。 因此 影 响 隧道 围 岩稳 定 性 的 因 素主 要有 地质 环境 因素 和施工 因素 。
１ ． ２ ． ２ 软 弱 围岩 变形 力学机 制
方体为松散破碎岩体 ， 不停从拱部外漏 ， 累计塌方量 约为 ２ ５ ０ ｍ 。 ， 塌方高度约 ８ １ ０ ｍ 。由于受塌方影响 Ｄ Ｋ ２ ８ ８ ＋１ ３ ８一Ｄ Ｋ ２ ８ ８ ＋ １ ４ ６ 段初期支护开裂 ， 拱架 变形 ， 拱顶下沉 ， 掉块 。由于人员撤离及时， 未 造成 人员伤亡事故 。塌方体如图 １ 所示。
开挖卸荷而产生围岩应力的重新分布和岩体的应变
软化 推 进 ， 这 时会 在 软 弱 围 岩 内部 产 生 裂缝 和破 坏 或 因 围岩 内部 已有 的层 理 和节 理 等 松 弛剥 离 ， 岩 体 将会 发 生坍落 进 而发展 为塌 方 。故 隧道塌 方 的过 程
的周围岩土体 。根据岩土体 的强度 ， 可将 围岩分为 坚 硬 围岩 和 软弱 围岩 两 大类 。这里 所指 围岩 强度 是 指包含结构面岩 土体 的强度。对于岩体来说 ， 其强
第 ３ Ｏ卷 第 ３期 ２ ０ １ ４年 ２月
甘 肃科 技
Ｇａ ｎｓ ｕ Ｓｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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浅 谈 软 弱 围岩 隧 道 塌 方 机 理及 处 理 技 术 措 施
张 铂
如果 围岩 足够 坚强 ， 不会 因 为卸 荷 回弹 和应 力 状 态 的变化 而发生 显 著地 变 形 和 破 坏 ， 但 是有 时 因隧 道
已有的层理和节理等松弛剥离 ， 岩体将会发生坍落
进 而 发展 为塌 方 。通过 对 实际 隧道工 程塌 方过 程 的
分析并结合已有关于隧道坍塌机制的研究文献。进
状态 ， 使 围岩 发 生卸荷 回弹和引 力重分 布 ， 如果 围岩 足 够 坚强 ， 不 会 因为 卸 荷 回 弹 和应 力 状 态 的 变化 而
隧道设计规范等资料 ， 一般将单轴饱 和抗压强度低 于３ ０ ＭＰ的岩 石 称 为 软 岩 ， 软 岩 主要 包 括 为 成 岩 的
岩石 、 已风 化 的岩 石 及 含 有 软 弱 矿 物 质 的 岩 石 ； ２ ）
境差 ： 隧道围岩 由于赋存与富水 ， 地应力等不 良地质 环境 中， 而引起涌水塌方等地质灾害 ， 赋存与这种地
质环 境下 的 的 围岩 也称 为软 弱 围岩 。
１ ． ２ 软 弱围岩 塌方 机理
１ ． ２ ． １ 岩体塌 方机 理
发生显著地变形和破坏 ， 但是有时因隧道围岩引力 状态变化大 ， 或因岩体强度低 ， 围岩适应不 了回弹应 力 和重 分 布应 力作 用 而丧失 稳定 性 。当隧 道 的掘进