隧道坍塌形成的可能原因
關(guān)鍵詞：隧道坍塌,原因,處理
1隧道坍塌的原因
1.1自然因素
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。塌方處地表人工采土開挖范圍較大,未采取防護措施。
1.1.1不良地質(zhì)
隧道穿過不良地質(zhì)地段，如斷層褶皺帶、膨脹巖地區(qū)、高應(yīng)力巖層或薄層巖體的小曲褶、錯動發(fā)育地段，一經(jīng)開挖，潛在應(yīng)力釋放快、圍巖失穩(wěn)，小則引起圍巖掉塊、塌落，大則引起塌方。當(dāng)通過各種堆積體時，由于結(jié)構(gòu)松散，顆粒間無膠結(jié)或膠結(jié)差，開挖后多引起坍塌。
1.1.2地形、地貌因素
隧道穿越地層覆蓋過薄地段；隧道穿越地表水源如水塘、水庫、溝槽、沖溝等地段；隧道穿過地面建筑物，而且埋深淺如城市地鐵隧道，城市過街隧道等；影響隧道洞口安全與隧道洞身穩(wěn)定的不良地質(zhì)和特殊地層崩坍、錯落、巖堆、滑坡、人為坑洞、泥石流、斷層、流砂、膨脹巖、巖溶、巖爆等。這些都是常常引發(fā)塌方的地質(zhì)條件。
1.1.3地下水因素
地下水的軟化、浸泡、沖蝕、溶解等作用加劇巖體的失穩(wěn)和塌落。有些隧道中地層巖性為砂土狀及碎塊狀強風(fēng)化熔結(jié)凝灰?guī)r層，厚度大、地層滲透系數(shù)大，屬強過水通道，水量豐富，水滲入圍巖使軟化系數(shù)大的巖石強度降低,結(jié)構(gòu)面的抗剪強度減小，導(dǎo)致塌方。巖層軟硬相問或有軟弱夾層的巖體，在地下水的作用下，軟弱面的強度大為降低，因而發(fā)生滑塌。
1.2設(shè)計因素
在設(shè)計過程中未能準(zhǔn)確判斷隧區(qū)地質(zhì)條件，沒有充分考慮不良地質(zhì)對隧道的影響，特別是沒有及時與現(xiàn)場實際地質(zhì)條件進行跟蹤分析，從而設(shè)計的支護類型與實際要求不相適應(yīng)，導(dǎo)致施工中產(chǎn)生松弛坍塌等異常現(xiàn)象。
1.3施工因素
1.3.1采用施工方法和措施不當(dāng)
施工中經(jīng)常存在：施工方法與地質(zhì)條件不相適應(yīng)，地質(zhì)條件發(fā)生變化，沒有及時改變施工方法；施工支護不及時；地層暴露過久，引起圍巖松動、風(fēng)化；忽略了圍巖的變形規(guī)律，圍巖的變形同時具有連續(xù)變形和突然變形的特征。當(dāng)開挖距離小于ｄ（ｄ為隧道開挖寬度）時，圍巖兩端由于受到二次襯砌砼和開挖掌子面支撐的約束作用，連續(xù)變形很小，主要是爆破后的受震動影響的突然變形，而且在這個距離范圍內(nèi)由于襯砌和開挖面支承的“空間效應(yīng)”的影響，即使初期支護抗力不足圍巖滑移力亦不致于失穩(wěn)，當(dāng)這個距離為1.5～3d時，“空間效應(yīng)”的影響完全消失，初期支護抗力小于滑移力的問題即刻暴露出來，圍巖急劇變形，極易引起塌方的發(fā)生。
1.3.2施工工藝及操作欠規(guī)范，工程質(zhì)量不合格
施工過程中存在的工藝操作不符合施工技術(shù)規(guī)范要求，施工管理不到位，質(zhì)量意識、安全意識不強也是造成塌方的另一個重要原因，常發(fā)生的施工質(zhì)量問題有初支背后有空洞、初支厚度不夠、錨桿的長度和數(shù)量不足、鋼支撐未完全由噴射砼包圍密實或鋼支撐與圍巖之間存在空隙及鋼支撐未置于穩(wěn)定堅固的基礎(chǔ)上等。以上質(zhì)量問題直接造成支護抗力未達(dá)到設(shè)計要求或圍巖未粘結(jié)緊密使無彎矩結(jié)構(gòu)產(chǎn)生彎矩而導(dǎo)致塌方。
1.4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。
2塌方處理程序及方法
總體施工原則為強加固、短清渣、快支護、實回填、勤量測。對于小塌方可以直接進行塌體處理，對于塌方影響范圍較大的分為初期處理和塌體處理兩部分。塌方處理全過程實施監(jiān)控量測，實時提供圍巖變形情況，以指導(dǎo)施工。
2.1初期處理
初期處理的目的是為了防止塌體的繼續(xù)發(fā)展，一般分步采取如下措施：
2.1.1封閉塌體面，加固塌體后方。
在一定的地質(zhì)條件下，塌方高度與開挖寬度成正比，即只要開挖寬度不變，就不會有新的坍塌，應(yīng)用塌方高度計算公式計算塌方高度，初步判斷目前塌方高度是否已達(dá)到對應(yīng)目前寬度的理論計算值，進而判斷塌方是否已趨于穩(wěn)定。在定性做出塌方穩(wěn)定的判斷后，也不能排除個別小石塊的松動吊落的可能，要及時對塌穴作噴混凝土處理，此步驟的重要性不在于噴混凝土本身強度對塌穴的支護作用，而在于形成平衡拱的圍巖本身具有一定自穩(wěn)能力，但由于圍巖的不均質(zhì)，可能有小石塊松動掉落，進而引發(fā)較大的坍塌，而噴混凝土附著在圍巖表面上，圍巖變形就會及時反映在噴混凝土表面上，為準(zhǔn)確判斷圍巖穩(wěn)定提供強有力的依據(jù)。在塌方后方5m一10m范圍內(nèi)采用鋼支撐及小導(dǎo)管注漿進行加固。
2.1.2設(shè)置臨時鋼支撐，穩(wěn)定塌方空腔。
2.1.3若塌方通頂，要在塌體地表修筑截排水設(shè)施，必要時搭遮雨棚以防地表水灌人塌體內(nèi)。待洞內(nèi)處理完畢后，采用土石夯填要略高出原地面，待填土下沉穩(wěn)定后，用M7．5漿砌片石鋪砌。
2.1.4在塌體后方5m～10m范圍內(nèi)施作二次模筑襯砌中，較穩(wěn)妥地鞏固后方，并及時施工仰拱，使之形成完整的支護體系，以阻止圍巖繼續(xù)變形坍塌。
2.2塌體處理措施
2.2.1處理塌方
如塌方體積較小，且塌方范圍內(nèi)已進行噴錨或已架設(shè)好較為牢固的構(gòu)件支撐時，可由兩端或一端先上后下地逐步清除坍碴，隨挖隨噴射混凝土，隨架設(shè)臨時構(gòu)件支撐支頂。如塌方體較大，或地表已下沉，或因坍體堵塞無法進入塌方范圍進行支護時，則可注漿加固坍體，然后用“穿”的辦法在坍體內(nèi)進行開挖、襯砌。在處理塌方的同時，要加強排水作業(yè)，以減少水對塌方的影響。2.2.2塌方段支護
塌方穩(wěn)定以后要立即著手進行支護，以確保安全。一般情況下，錨噴支護要比架設(shè)支撐的方法更快、更安全、更省料。錨噴支護前要由外向里、自上而下逐段清理危石，先在圍巖表面噴一層砂漿，再分層噴混凝土，每層5cm，在噴射1～2層混凝土以后立即打錨桿，掛網(wǎng)噴射混凝土。在穩(wěn)住了塌方體以后，即可清除塌方，進行模筑襯砌和襯砌后回填。用支撐構(gòu)件處理塌方時，可以根據(jù)塌方洞體的情況采用人字架支撐、排架支撐、井箍支撐等形式將塌方體支住。支撐構(gòu)件必須有足夠的強度和剛度，支撐之間一定要連接緊密，不得移動和變形，支撐桿件和巖體之間一定要用填塞木塞緊，以免塌方繼續(xù)擴大。2.2.3襯砌和回填
塌方支穩(wěn)以后，立即清方進行模筑襯砌，快速成環(huán)，在襯砌拱圈的適當(dāng)位置預(yù)留注漿孔。在襯砌背后先在拱背上漿砌2～3m片石護拱，其余空腔再用輕型砌塊回填，最后采用注水泥漿、水泥砂漿或其它材料將其回填密實。2.3監(jiān)控量測
監(jiān)控量測嚴(yán)格按照有關(guān)規(guī)范和設(shè)計進行，每天測量完畢及時進行數(shù)據(jù)分析，向施工技術(shù)員和現(xiàn)場負(fù)責(zé)人反饋監(jiān)測結(jié)論。要全程做好地表沉降、拱頂下沉、洞內(nèi)周邊收斂的監(jiān)控量測工作，并用數(shù)據(jù)指導(dǎo)施工。
3塌方處理的施工要求和注意事項
本著保安全、保質(zhì)量的原則，塌方處理的施工要做到以下幾點：
3.1在施工過程當(dāng)中，以安全為重，禁止無關(guān)人員進入洞內(nèi)，安全員隨時注意觀察隧道圍巖的變化，如有突變，所有人員應(yīng)立即撤離。
3.2拱頂存在掉塊可能，施工時必須佩戴安全帽。
3.3洞內(nèi)主要由機械作業(yè)，縮短作業(yè)時間。現(xiàn)場有專人指揮，一有險情，立即組織撤離。
3.4塌腔必須分層夯實，并設(shè)置隔水粘土層；機械刷坡和回填土?xí)r，不得置于順線路方向。
3.5加快處理速度，盡量減少圍巖裂縫的發(fā)展。
結(jié)語
由于隧道地質(zhì)條件復(fù)雜，在開挖施工過程中出現(xiàn)塌方現(xiàn)象在所難免，坍塌事故發(fā)生后，施工單位要準(zhǔn)確分析事故原因，并及時采取一系列有效措施，有效控制塌方，盡可能的減少塌方損失。
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