淺談隧道塌方處理及防治措施

 

        隧道塌方作為隧道建設(shè)使用中容易出現(xiàn)的問題，一旦發(fā)生，就會造成交通阻塞，道路阻斷，甚至造成人員傷亡事故，導(dǎo)致較大的經(jīng)濟財產(chǎn)損失。因此，在隧道建設(shè)中，應(yīng)采取合理有效的科學(xué)措施，對于隧道塌方進行預(yù)防和防治。同時，在隧道塌方后，要及時的進行處理和善后工作，將塌方問題更快解決，從而使隧道塌方造成的經(jīng)濟損失降到最低，避免出現(xiàn)由于延誤處理救援時機而導(dǎo)致的更大事故發(fā)生。本文主要以四方山隧道塌方事故的處理方案為依據(jù)，對于隧道的塌方處理及防治措施進行了較為深入的探討。

 

        塌方是隧道施工中比較常見和典型的一種事故。一旦塌方發(fā)生，不僅延誤工期、大幅度增加工程費用，而且會危及施工人員的生命安全。如果處理不當(dāng)，則會給工程質(zhì)量遺留隱患，給后期維修養(yǎng)護工作帶來極大的困難。但由于塌方原因眾多，形式多樣，因此處理時必須全面分析，根據(jù)工程具體情況提出綜合治理方案。

 

        1.隧道的地形地質(zhì)因素。隧道工程屬地下工程，地質(zhì)情況千變?nèi)f化，施工過程中受各種不可預(yù)見的地質(zhì)現(xiàn)象及地質(zhì)構(gòu)造的影響巨大。公路隧道工程受多變的地質(zhì)條件影響，如遇到地下水、巖溶、斷層破碎帶、高地應(yīng)力、巖爆、瓦斯、偏壓淺埋、膨脹土等條件，使施工難度大，安全性差；而且公路隧道開挖跨度大，單洞三車道隧道開挖跨度可達16 m，形狀扁平，且防水要求高，加之受勘查水平及其他很多相關(guān)因素的制約，這些無疑加大了公路隧道的施工難度和塌方事故產(chǎn)生。

        2.隧道的受力狀況。隧道塌方從受力因素來說，包括洞口塌方的受力狀況和隧道內(nèi)洞身塌方的受力狀況。洞口仰坡變形破壞主要是在變形過程中產(chǎn)生強烈的松動，并在邊坡的坡頂附近產(chǎn)生一系列的拉張裂縫。由于邊坡巖體一般較為破碎，在隧道開挖產(chǎn)生變形破壞后，并不出現(xiàn)清晰的底滑面，而是表現(xiàn)為破壞區(qū)巖體的強烈松動變形。隧道內(nèi)洞身塌方的受力，從結(jié)構(gòu)觀點出發(fā)，如把噴層與部分圍巖組合在一起，視作組合梁或承載拱，或把錨桿看作是固定在圍巖中的懸吊桿等。往往由于支護時機不當(dāng)或支護強度不夠，滿足不了圍巖穩(wěn)定的需要，不能有效地控制圍巖變形，導(dǎo)致圍巖失穩(wěn)。

        3.隧道的設(shè)計不當(dāng)。公路隧道工程設(shè)計方法當(dāng)前主要有工程類比法、理論計算法及現(xiàn)場監(jiān)控法等，這些方法又以工程類比法運用得最為廣泛。在設(shè)計過程中若對圍巖判斷不準(zhǔn)或情況不明，從而設(shè)計的支護類型與實際要求不相適應(yīng)，也是導(dǎo)致施工中產(chǎn)生松馳坍塌等異常現(xiàn)象的原因，而且設(shè)計中的地質(zhì)勘查周密詳盡與否也是造成施工塌方事故產(chǎn)生的誘發(fā)甚至主導(dǎo)因素。

        4.施工的多種因素。施工中的不規(guī)范施工也是導(dǎo)致塌方的重要因素之一。目前，中國公路隧道施工隊伍的技術(shù)、管理及施工水平參差不齊，加之一些建設(shè)環(huán)節(jié)的操作不規(guī)范，有的施工企業(yè)及人員對新奧法原理缺乏深入學(xué)習(xí)、認(rèn)識、研究和應(yīng)用，導(dǎo)致不規(guī)范施工現(xiàn)象較為普遍。

         5.認(rèn)識因素。不可否認(rèn)的是，“不塌方、不賺錢”的觀念目前還在一定范圍內(nèi)存在。有些施工單位及施工人員甚至期盼著塌方，從而增加工程量或者設(shè)計變更以帶來更大的施工利潤。另一方面，“地質(zhì)工作是設(shè)計人員的任務(wù)，而不是施工人員的事”這一傳統(tǒng)觀念致使減弱甚至忽略了施工過程中的地質(zhì)勘測及預(yù)報工作，從而也加大了施工塌方事故產(chǎn)生的可能性。

 

        1.安全第一原則。塌方發(fā)生后，本著安全第一的原則，掌子面施工應(yīng)立即全面停止作業(yè)，將人員和機械撤至安全地段，并對塌方處進行觀察，待情況穩(wěn)定后再作進一步打算，不可盲目施工。

        2.查明分析塌方原因后再處理原則。處理塌方前，應(yīng)詳細調(diào)查其范圍、形狀、塌穴地質(zhì)構(gòu)造，查明其誘發(fā)原因和塌方類型，再據(jù)此確定處理方案。

        3.“瞻前顧后”先行原則。首先“顧后”即對后方未塌方段進行加固，防止塌穴擴大；再“瞻前”即采取科學(xué)有效的方法和手段對前方地質(zhì)情況進行探測，運用TSP203地質(zhì)探測儀、HSP聲波反射法、地質(zhì)雷達、超前鉆探等綜合超前地質(zhì)探測與預(yù)報手段，提前推測前方地層巖性及異常情況，及時制定針對性措施，以指導(dǎo)塌方處理及下一步施工。在“瞻前顧后”以后，方可進行塌方部位的處理。

 

         1.四方山隧道右洞K77+027～K77+072段隧道塌方冒頂塌方發(fā)生在南端洞口附近，靠近開挖面10m長度的初期支護包括鋼格柵全部跨塌，并一直坍塌至地表，形成冒頂塌方，地表形成9.0m×15.0m的凹形漏斗，在坍口周圍35m半徑范圍內(nèi)出現(xiàn)大量裂縫，已做好的排水溝出現(xiàn)多處拉裂，塌方高度達32.0m，塌方數(shù)量為3760m3。該塌方事故的處治工作中，先采用了噴錨支護封閉地表，用粘土堵塞裂縫，用M10水泥砂漿修補截、排水溝裂縫，并設(shè)置變形觀測點；在坍體穩(wěn)定三天后，清刷坍口松動土方，刷方、夯填后打設(shè)地表注漿管，灌注水泥砂漿。然后采用錨噴網(wǎng)封閉坍口，局部用沙袋回填仰坡上方的凹部；按設(shè)計坡率分臺階清刷仰坡，進行減載；清理隧道兩側(cè)排水溝，并在臨近坍體處設(shè)集水坑集中抽水，仰坡頂設(shè)鋼管降水井并不斷降水；設(shè)止?jié){墻，采用漿砌條石。

        對塌方段洞內(nèi)空腔部分回填，可以確保后續(xù)施工效果和安全；固結(jié)塌渣堆采取環(huán)向固結(jié)方式，采用φ42×4㎜注漿小導(dǎo)管，4.5m/根，共計30根；注漿前全掌子面掛網(wǎng)（單層）噴10㎝厚砼封閉。隧道拱頂至左側(cè)60°范圍及右側(cè)60°范圍施作大管棚（φ90×8㎜），小計37根，大管棚外插角1°～3°控制，注漿采用雙液漿。由于受到塌渣的影響，大管棚施作長度為16～25m，不足部分采用φ70×5㎜超前大管（鋼花管）施作，超前大管環(huán)向間距20～30㎝；考慮到大管棚前端在塌方段內(nèi)可能存在懸空狀況，φ70×5㎜超前大管與大管棚搭接長度不小于3m，超前大管向前延伸至過渡段內(nèi)。

        塌方段采用強支護型式，按設(shè)計V淺型支護進行加強和調(diào)整，塌腔區(qū)圍巖采用6米長?42×4mm小導(dǎo)管注雙液漿固結(jié)代替?25中空注漿系統(tǒng)錨桿；鋼拱架采用I22a工字鋼，拱架間距調(diào)整為 50㎝。管棚段取消小導(dǎo)管超前支護。

        2.四方山隧道左洞ZK76+733～ZK76+748段塌方

        2010年4月15日四方山隧道左洞ZK76+733~ ZK76+748段出現(xiàn)塌方，破壞已施工的初期支護。此段原設(shè)計為中風(fēng)化砂巖，實際揭露的圍巖為褐黃色粘土，局部粉砂質(zhì)粘土，含水量較大，自穩(wěn)能力差。在掌子面開挖至ZK76+748時，掌子面出現(xiàn)滑移，圍巖和初支出現(xiàn)急劇變形，當(dāng)即要求停止掘進，堆填掌子面，施做臨時支護，施做已開挖段二次襯砌。在對ZK76+720～+746初支變形侵限段進行注漿加固和換拱支護至ZK76+733時，再次出現(xiàn)塌方，破壞ZK76+733～+748段已施工拱部初期支護，塌渣沖出至ZK76+726，塌方量約1500m3，洞頂?shù)乇沓霈F(xiàn)開裂和輕微塌陷。處理方案如下

    1、做好地表裂縫封閉防水，防止地表水下滲軟化圍巖，造成二次坍塌；洞內(nèi)二襯開裂段即ZK76+713～+720增設(shè)型鋼支撐，防止此段二襯繼續(xù)破壞開裂，防止坍塌。

    2、固結(jié)塌渣，防止加固前圍巖和支護，以及清理塌渣時塌體再次滑移而擴大前方塌腔區(qū)。注漿固結(jié)樁號ZK76+726～+748，平均長度為18.5m，注漿孔徑?60mm，孔距100×100cm，注漿孔數(shù)66孔，使用普通鋼管作注漿管，規(guī)格為?60×4mm，總長1221m。漿液為水泥漿，灰水比1：1。

    3、修整塌體坡面，用漿砌片石和噴射混凝土封閉，并預(yù)留注漿孔。具體：底部為高1.5m，寬1.2m矮墻，中部1.5～6.5m坡面為50cm厚漿砌片石，上部6.5～9.5m坡面為錨噴防護，噴射混凝土厚度10cm，錨桿長3.0m/根，兩個平臺寬度均為1.2m，為50cm厚漿砌片石。

    4、塌體固結(jié)后進行前方塌方段被毀壞或侵限初支破除和修復(fù)，塌方段及前方10m即ZK76+733～+758段超前支護使用?108×6mm大管棚，大管棚進行以下調(diào)整：①、套拱厚60cm，長1.0m，使用C25噴射混凝土；后方工作長度3.0m，總共需擴洞長度4m，擴洞半徑為7.28m，擴洞樁號ZK76+729～+733。②、擴洞段使用Ⅰ20a工字鋼拱架支撐，縱距50cm，徑向錨桿用?42×4mm注漿小導(dǎo)管代替，環(huán)縱向間距100×50cm，長度6.0m/根，每環(huán)25根，共9榀拱架和9環(huán)注漿小導(dǎo)管，漿液為水泥漿，灰水比1：1，注漿壓力0.5～1.0Mpa。③、?108×6mm大管棚注漿，漿液為水泥砂漿或水泥漿，灰水比1：1，注漿壓力0.5～2.0Mpa。

    5、ZK76+733～+758段支護使用Ⅰ20a工字鋼拱架，縱向間距40cm，中空注漿錨桿用?42×4mm注漿小導(dǎo)管代替，4.5m/根，每環(huán)根數(shù)不變，小導(dǎo)管注漿參數(shù)進行調(diào)整,漿液為水泥砂漿或水泥漿，灰水比1：1，注漿壓力0.5～1.5Mpa。二襯厚度和鋼筋參照Ⅴ淺埋，使用上下導(dǎo)坑開挖，必須設(shè)置臨時仰拱；在有條件時立即施做二襯。

    6、塌方空腔初步估計約900 m3，估算方式為充填洞室段塌方體除以松散系數(shù)，松散系數(shù)取1.6，待使用地質(zhì)雷達或其它手段探明位置后用輕質(zhì)混凝土充填。

    　　總的來看，地下工程面臨地質(zhì)情況不斷變化，各種突發(fā)情況多的現(xiàn)狀，隧道施工尤其如此。塌方是隧道施工過程中出現(xiàn)的嚴(yán)重災(zāi)害，因此在施工過程中，應(yīng)極力避免和防止。本文通過分析隧道塌方的機理，提出了其預(yù)防措施及處治技術(shù)，希望能對隧道施工有所幫助。

 

    本文主要分析了隧道塌方的處理方法和措施，通過詳細的分許和論證，對于隧道塌方的處理施工工法和施工手段，進行了闡述和介紹，對于隧道塌方的處理和防治，具有一定的參考意義和價值。

 

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