隧道塌方及大變形處治技術(shù)

 隧道塌方及大變形處治技術(shù)

　　【摘要】隧道施工中出現(xiàn)塌方，會(huì)延誤工期，增加工程投資，降低隧道成品質(zhì)量。故為了研究防治和處理方法，探討了發(fā)生塌方的兩個(gè)主要原因，以及一般處理坍塌方步驟及方法，為工程實(shí)踐提供了經(jīng)驗(yàn)參考。

　　關(guān)鍵詞：隧道塌方；施工；變形；處治技術(shù)

　　1 引言

　　在鐵路及公路工程的實(shí)施過程中，隧道尤其長(zhǎng)大隧道總是作為整個(gè)工程的控制工程。隧道施工中出現(xiàn)塌方，會(huì)延誤工期，增加工程投資，降低隧道成品質(zhì)量。如果設(shè)計(jì)單位對(duì)隧道里程范圍內(nèi)的工程和水文地質(zhì)狀況勘探不詳，對(duì)圍巖沒有足夠的認(rèn)識(shí)，加上在工期比較緊張時(shí)，施工人員存在趕工思想，忽略施工規(guī)范要求，施工方法不當(dāng)，施工質(zhì)量不高，就可能會(huì)造成塌方。塌方的地段圍巖多處于斷層破碎帶，軟硬交互，受地質(zhì)構(gòu)造影響強(qiáng)烈，節(jié)理裂隙發(fā)育，泥夾層交錯(cuò)，結(jié)構(gòu)松散。

　　當(dāng)交通隧道、水工隧洞等地下工程穿越高地應(yīng)力區(qū)及遇到軟弱圍巖體時(shí)，常形成軟巖大變形等相關(guān)地質(zhì)災(zāi)害。自20世紀(jì)初首例交通隧道軟弱圍巖大變形發(fā)生以來，國(guó)內(nèi)外隧道工程發(fā)生的圍巖大變形災(zāi)害事例屢見不鮮，它成為困擾地下工程界的一個(gè)重大問題。19世紀(jì)中葉，隧道底鼓、仰拱破壞等現(xiàn)象就已經(jīng)出現(xiàn)并引起人們的關(guān)注，但首例嚴(yán)重的交通隧道軟弱圍巖大變形應(yīng)該是1906年竣工的長(zhǎng)19.8km的辛普倫隧道。此后，日本的惠那山公路隧道、奧地利的陶恩隧道和阿爾貝格隧道等都是典型的隧道圍巖大變形災(zāi)害工程事例。我國(guó)青藏線的關(guān)角隧道、寶中線的大寨嶺隧道、南昆線上穿越煤系地層的家竹警鐵路隧道，以及鐵山隧道等工程均出現(xiàn)了不同形式和程度的圍巖大變形情況，給工程建設(shè)造成極大的困難。

　　隧道圍巖大變形是一類危害程度大、整治費(fèi)用高的地質(zhì)災(zāi)害，據(jù)統(tǒng)計(jì)，國(guó)內(nèi)外已發(fā)生大變形的隧道工程有20余座，大變形災(zāi)害不僅延誤工期，而且造成工程費(fèi)用的急劇增加，如南昆線家竹警鐵路隧道長(zhǎng)390m的大變形洞段，工期延誤達(dá)四個(gè)半月之久據(jù)計(jì)算整治消耗自進(jìn)式錨桿10萬余米，如果將所有整治費(fèi)用加在一起，損失十分驚人。

　　2發(fā)生塌方原因

　　塌方是最為常見、比較典型的一種事故。造成塌方的原因多種多樣，有地質(zhì)上突發(fā)的因素，也有人們認(rèn)識(shí)上的因素，但歸根到底，地質(zhì)因素是決定性的。

　　2.1地質(zhì)因素

　　（1）隧道穿過斷層及其破碎帶，一經(jīng)開挖，潛在應(yīng)力釋放，承壓快、圍巖失穩(wěn)而坍塌;

　�。�2）當(dāng)通過各種堆積體時(shí)，由于結(jié)構(gòu)松散，顆粒間無膠結(jié)或交結(jié)差，開挖后引起塌方;

　　在擠壓破碎帶、巖脈穿插帶、節(jié)理密集帶等碎裂結(jié)構(gòu)地層中，巖塊間相互擠壓鉗制，一經(jīng)開挖則失穩(wěn)，常見圍巖掉塊、坍落。在軟弱結(jié)構(gòu)面發(fā)育的情況下，或泥質(zhì)充填物過多，均易產(chǎn)生較大的塌方;

　　在構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的作用下，薄層巖體形成的小皺曲、錯(cuò)動(dòng)發(fā)育地段，施工中常常發(fā)生坍塌;

　　巖層軟硬相間，或有軟弱夾層的巖體，在地下水的作用下，軟弱面的強(qiáng)度大大降低，因而發(fā)生滑塌;

　　地下水的軟化、浸泡、沖蝕、溶解等作用加劇巖體的失穩(wěn)和坍塌。

　　2.2施工方法和措施不當(dāng)

　　（1）施工方法選擇不當(dāng)，或工序間距安排不合理。各工序間距拉得較長(zhǎng)，地層暴露時(shí)間過久，引起圍巖松動(dòng)、風(fēng)化，招致塌方的發(fā)生;

　　（2）噴錨不及時(shí)，或噴混凝土質(zhì)量、厚度不符合要求;

　�。�3）采用鋼支撐時(shí)，支撐架設(shè)質(zhì)量欠佳，支撐與圍巖不密貼，兩者之間的空隙填充不密實(shí)，或連接不夠牢固，不能滿足圍巖壓力所需要的強(qiáng)度要求;

　�。�4）有時(shí)抽換支撐操作不當(dāng)，或者當(dāng)支撐已出現(xiàn)受力過大的變形而未及時(shí)加固:

　�。�5）爆破作業(yè)不當(dāng)，用藥量過多;

　�。�6）處理危石措施不當(dāng)，引起危石墜落，牽動(dòng)巖層坍塌。

　　3一般處理坍塌方步驟及方法

　　3.1防止坍塌方擴(kuò)大范圍

　　塌方發(fā)生后，首先應(yīng)防止塌方繼續(xù)擴(kuò)大:

　�。�1）在塌方范圍頂部、側(cè)壁上的危石及大裂縫，應(yīng)先行清除或錨固;

　　（2）對(duì)坍塌方范圍前后原有的支護(hù)進(jìn)行加固，以防止塌方擴(kuò)大:

　　（3）在坍塌方范圍內(nèi)架設(shè)支撐或噴射混凝土，必要時(shí)加設(shè)錨桿;

　　（4）加快襯砌。對(duì)坍塌方兩端應(yīng)盡快作好局部襯砌，以保證坍塌方不再擴(kuò)大。

　　3.2處理坍塌方措施

　�。�1）如坍塌方體積較小，且坍方范圍內(nèi)己進(jìn)行了噴錨，或己架設(shè)好較為牢固的構(gòu)件支撐，可由兩端或一端先上后下地逐步清除坍渣，隨挖隨噴射混凝土，隨架設(shè)臨時(shí)構(gòu)件支撐支頂;

　�。�2）如坍塌方體積大，或地表己下沉，或因坍體堵塞，無法進(jìn)入坍方范圍進(jìn)行支護(hù)時(shí)，則可注漿加固坍體，然后用“穿”的辦法在坍體內(nèi)進(jìn)行開挖、襯砌;

　�。�3）處理坍塌方的同時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)排水，即“治坍先治水”。

　　3.3處理坍塌方常用支護(hù)方式

　�。�1）噴錨處理

　　采用噴錨處理較大型坍方，較之采用架設(shè)支撐，更加安全、快速，且省工省料。

　�、儆赏庀騼�(nèi)、由上而下，逐段隨清坍渣隨向巖壁先噴射一薄層砂漿，然后再噴射混凝土。

　�、趪娚�1-2層混凝土后，可隨即架設(shè)錨桿再噴射混凝土;

　　③坍渣清除后，隨即做好襯砌。

　　（2）構(gòu)件支撐處理

　�、僭谔�體不太高、坍穴略呈錐型、坍壁不太松散的情況下，使用人字架支撐。

　�、诋�(dāng)坍體較高，但坍體兩側(cè)壁形狀較整齊，且側(cè)向壓力不大時(shí)，可按垂直于隧道中線的方向架設(shè)橫向排架。先將坍體頂?shù)氖�渣扒平，鋪上橫梁，再在其上架設(shè)排架。排架間距根據(jù)坍穴圍巖情況而定，一般為1～2m左右。須注意在排架間用剪力撐撐穩(wěn)，下部橫梁要隨坍渣的清除隨時(shí)倒換撐穩(wěn)。

　�、郛�(dāng)坍塌方較大，且圍巖壓力也較大時(shí)，宜在坍方范圍內(nèi)全部用縱向棚架支撐。先將坍渣頂部適當(dāng)扒平，沿隧道中線方向平行設(shè)置縱地梁數(shù)根(地梁下預(yù)鋪橫梁)，于縱地梁上按照導(dǎo)坑支撐的形式以1m左右的間距架設(shè)箱形棚架。以后逐層向上架設(shè)至坍方頂部，用填塞木塞緊。隨著坍渣的清除，加設(shè)立柱，并以縱撐撐牢。

　�、墚�(dāng)坍方直至地表而深度不大時(shí)(小于10m)，可設(shè)置井箍。由地面向下逐步清除坍渣，隨即架設(shè)箍架支撐。箍架的形式可為多邊形、矩形或方形，視坍穴的形狀而定，架距不大于lm。

　　當(dāng)坍方較深時(shí)，則可先將井口至坍渣頂面一段箍好，不進(jìn)行清理坍渣，而在洞內(nèi)采用穿過坍方的施工方法。

　　如坍井較大，宜采用噴錨支護(hù)井壁的方法。

　�、莓�(dāng)坍塌穴成斜孔時(shí)，處理方法根據(jù)斜度而定，傾角≤30°時(shí)，可按斜井的施工方法進(jìn)行出渣及支撐;傾角>35°時(shí)，運(yùn)用井箍支撐及由上而下地清渣。

　　3.4襯砌措施與回填方法

　�。�1）襯砌施

　　①隨著坍渣的逐漸清除，襯砌逐段推進(jìn)時(shí)，快速成環(huán)。最好由坍體的兩端對(duì)向施工，隨即回填密實(shí)。在坍穴最高處或兩端襯砌接頭處應(yīng)預(yù)留回填及進(jìn)出料孔。

　�、谌缣�塌方范圍的圍巖不夠穩(wěn)定，在處理坍塌方中有繼續(xù)坍塌的可能性，可在坍方范圍內(nèi)選擇適當(dāng)位置做坍體護(hù)拱，以掩護(hù)旅工操作。護(hù)拱上應(yīng)以碎渣鋪填2m厚左右作為緩沖層。

　　③如坍塌體未進(jìn)行預(yù)先注漿加固，而采甩洲“穿過”的施工法時(shí)，拱腳處的襯砌巧工應(yīng)加寬灌抵開挖輪廓璧(開挖輪廓不太大時(shí))，以便保謎拱腳穩(wěn)固。

　�。�2）坍體回填

　�、偬�塌方清除坍渣后，則拱背應(yīng)先以漿砌片石回填2~3厚，其上再用干砌片石回填，回填高度應(yīng)盡量填滿坍方范每，坍體內(nèi)木支撐應(yīng)盡量拆除;

　　②在坍塌體的護(hù)拱與拱圈何應(yīng)全部回填密實(shí)，坍體護(hù)拱以上回填厚度可根據(jù)具體情況而定，但不小于2m;

　�、廴缣�塌方范圍高大，在坍塌穴內(nèi)進(jìn)行回填操作不便時(shí)，•可以選擇適當(dāng)位置另行開鑿專供回填用的坑道;

　�、苋缣�塌方直達(dá)地表，，除按規(guī)定做好拱部回填外，另用一般土石回填夯實(shí)至距地表1~2m，在用粘土回填至略高于地表并向四周傾斜，周圍做好排水溝。

　　4結(jié)束語

　　隧道施工中出現(xiàn)塌方，會(huì)延誤工期、增加工程投資、降低隧道成品質(zhì)量，嚴(yán)格遵循施工原則，選擇合適的施工方法是解決問題的主要關(guān)鍵。筆者在深入研究中得出隧道建設(shè)中常遇見的問題的成因及解決的關(guān)鍵方法主要有：

　�。�1）軟巖隧道施工方法：在不良地質(zhì)地層中進(jìn)行隧道施工的主要方法有:分部施工法、超前支護(hù)法、超前灌漿法、新奧法及盾構(gòu)法等。

　�。�2）滲水涌水地段施工方法：在封堵漿液或混凝土中，增加速凝劑，加速混凝土的硬化；增設(shè)防水板及排水管，加強(qiáng)防排水工作;加強(qiáng)超前支護(hù)和初期支護(hù);

　�。�3）地質(zhì)破碎帶地段施工方法：破碎地層隧道洞口段施工時(shí)著重強(qiáng)調(diào)“早進(jìn)晚出”及“保持邊仰坡穩(wěn)定”，及時(shí)施做洞門，洞口段施工尤其是在淺埋、偏壓、破碎、軟弱、地下水豐富并具有軟弱夾層等極易發(fā)生滑移、坍塌的情況下，必須施做好預(yù)加固系統(tǒng)以后才能進(jìn)洞，施工應(yīng)在預(yù)加固結(jié)構(gòu)保護(hù)下進(jìn)行。概括起來，破碎圍巖中修建隧道主要是提高圍巖自支護(hù)能力，控制圍巖松弛、坍塌。其基本原則是:穩(wěn)定邊、仰坡及掌子面、及時(shí)閉合和加固地層。

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