隧道塌方发生的原因及处理措施
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一、隧道塌方的主要类型及发生机理

  1.洞口塌方

  由于洞口段一般为堆积层或风化严重、破碎的岩体,其自稳能力及整体稳定性均较差。同时处于浅埋地段,若在进洞前未对边仰坡采取相应的技术措施或技术措施不到位时,进洞时或进洞后将可能引起洞口顶端的围岩发生应力重分布,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,极限平衡就被打破,导致大面积的整体失稳,从而发生坍塌。

  2.洞内塌方

  洞内塌方包括洞内岩质塌方和洞内土质塌方,分别针对的是岩石隧道和土质隧道。当岩质隧道开挖时,其周边的岩石处于悬空状态,同时发生下沉或收敛变形,以释放其内部应力。由于岩石体内存在层理及节理,使周边的部分岩块在重力作用下具有下落和挤出的趋势。若此时未采取相应的支护措施,岩面必然会出现“掉块”现象,当这种“掉块”的数量达到一定数值时,就是塌方。同样,土质类隧道开挖以后,由于围岩的硬度值较低,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,使围岩的整体强度降低,同时土压增加进而发生局部的塑性破坏,在围岩内部出现空洞造成局部发生坍塌。局部出现下沉,塑性区进一步扩大,土压力剧增最终导致整体失稳和大面积坍塌。

  二、 发生隧道坍塌方的原因

  1.地质原因

  (1)隧道穿过断层及其破碎带,一经开挖,潜在应力释放,承压快、围岩失稳而引起坍塌;

  (2)当通过各种堆积体时,由于结构松散,颗粒间无胶结或胶结差,开挖后引起坍塌;

  (3)在构造运动的作用下,薄层岩体形成的小褶曲、错动发育地带,施工中常常发生坍塌方;

  (4)岩层软硬相间,或有软弱夹层的岩体,在地下水的作用下,软弱面的强度大大降低,因而发生滑坍;

  (5)在挤压破碎带,岩脉穿插带。节理密集带等破碎结构地层中,岩块间互相挤压钳制,一经开挖则失稳,常见围岩掉块、塌落。在软弱结构面发育的情况下,或泥质充填物过多,均易产生教大的坍塌;

  (6)地下水的软化、浸泡,冲蚀、溶解等作用加剧岩体的失稳和坍塌。

  2.施工方法和措施不当

  (1)施工方法选择不当,或工序间距安排不合理。各工序间距拉得教大(如初期支护没有及时跟进掌子面、二次衬砌没有及时浇筑),地层暴露时间过久,引起围岩松动、风化、导致塌方的发生;

  (2)喷锚不及时,或喷射混凝土质量、厚度不符合要求;

  (3)采用钢支撑时,支撑架设质量欠佳,支撑与围岩不密贴,两者间的间隙填塞不密实,或者连接不够牢固,不能满足围岩压力所需要的强度要求;

  (4)有时抽换支撑操作不当,或者当支撑已出现受力过大的现象而未及时加固;

  (5)爆破作业不当,用药两过多;

  (6)处理危石措施不当,引起危石坠落,牵动岩层坍塌。

  3.坍塌方前征兆

  (1)测量信息所反应的围岩变形速度或数值超过允许值;

  (2)在坑道或坑壁发现不断掉下土块、小石头或构件支撑间隙不断漏出砂、石屑;

  (3)喷射混凝土产生纵横向的裂纹或龟裂;

  (4)岩层层理、节理缝或裂隙变大、张开;

  (5)支撑梁、柱变形或折断,楔子压扁压劈,填塞木弯曲折断,扒钉受力变形,木支撑发生“噼啪”破裂声;

  (6)坑道内渗水、滴水突然加剧或变浑。

  三、对隧道塌方的处理措施

  一般的处理原则是先加固,防扩展,后处理的原则,要求处理塌方宁早勿迟,宁强勿弱。对一般塌方可直接进行塌体处理,而对塌体破碎松散、影响范围大的塌方一般分为初期处理与塌体处理两部分。

  1.初期处理

  (1)要防止塌体扩大

  塌方发生后,首先要采取有效的抢险措施,防止塌方范围继续扩大。在塌方范围内顶部与侧壁的危石及大裂缝处,要抢先进行清除或锚固。加强原有支护,对塌方范围前后原有的支护进行加固,以防止塌方扩大。在塌方范围内架设支撑或喷射混凝土,必要时加设锚杆。对塌方两端尽快作好局部衬砌,以保证塌方不扩大。

  (2)如塌方塌至地表,则应对塌方漏斗地表进行截水,必要时搭遮雨棚以防地表水灌人塌体内。待洞内处理完毕后,采用土石夯填要略高出原地面,待填土下沉稳定后,用M7.5浆砌片石铺砌。

  (3)在塌体后方5m~10m范围内施作二次模筑衬砌中,较稳妥地巩固后方,并及时施工仰拱,使之形成完整的支护体系,以阻止围岩继续变形坍塌。

  2.对塌方体的处理

  塌体处理一般是在初期处理完毕后或塌方暂时达到自稳时进行。

  1.如塌方体积较小,且塌方范围内已进行喷锚或已架设好较为牢固的构件支撑时,可由两端或一端先上后下地逐步清除坍碴,随挖随喷射混凝土,随架设临时构件支撑支顶。如塌方体较大,或地表已下沉,或因坍体堵塞无法进入塌方范围进行支护时,则可注浆加固坍体,然后用“穿”的办法在坍体内进行开挖、衬砌。在处理塌方的同时,要加强排水作业,以减少水对塌方的影响。

  2.二次衬砌加强及回填法。因为塌方段衬砌荷载比在未塌前增大,所以衬砌要加强,加强衬砌应优先考虑采用提高混凝土标号和在衬砌内加钢筋或型钢或


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