解析隧道施工中塌方的处理

摘 要： 通过分析隧道施工产生塌方的原因, 详细介绍了隧道施工塌方的预防、塌方出现的前兆以及塌方的处理, 为今后隧道施工塌方的预防和处理提供参考。

关键词： 道路工程 隧道 塌方 处理

中图分类号：U41 文献标识码：A

1 前言 在不良地质地段修筑隧道, 经常出现洞顶、侧壁的滑移坍落现象, 严重的甚至发生冒顶情况, 这些统称为塌方。塌方不但使围岩条件更加恶化, 而且直接威胁施工安全, 延误工期, 费工费料, 还影响工程质量和使用年限。因此施工中应预防塌方和正确处理塌方。

2 塌方发生的原因

隧道发生塌方原因是多方面的, 但综合分析不外有三个方面的因素: 地质条件不良, 设计不合理, 施工方法和措施不当。

2. 1 地质条件不良隧道穿过不稳定的软弱地层: 如包含水分的土层, 泥沙夹砾石的堆积层, 风化极严重的岩层, 成流砂状的松散层等;遇到断层、溶洞、裂隙、褶曲或软硬相差悬殊的岩层分界处;由于地下水的破坏, 促使岩层稳定性降低等等。从岩体结构分析, 塌方与岩体结构之间有着一定的关系, 散体结构最不稳定, 破碎结构稳定性差, 镶嵌结构较稳定, 整体结构及砌体结构基本稳定。

2.2 设计不合理由于勘测设计中掌握现场地质资料不够, 不能正确的估计到特殊的和不良的地质条件的存在, 以致把隧道设在不应该穿越的位置, 或者因为地质条件变化而支护参数没有进行调整, 导致在施工时发生塌方。

2.3 施工方法和措施不当施工时对地质条件认识不足或缺乏全面的分析研究, 因而选择了不正确的施工方法。主要表现在:( 1) 没有将洞口的边坡、仰坡治理好, 没有先修好明洞就抢先进洞;( 2) 施工方法不适应地质条件或地质条件的变化,而又未采用相应的措施, 如隧道围岩分类, 开挖后与设计不符的情况是常有的, 应根据实际围岩变化而改变施工方法和支护参数;( 3) 在爆破中用药量过多, 震动过大而导致塌方;(4) 由于支撑不合理或支护后受震松动未及时加固;(5) 由于施工安排不当, 工序间距安排不合理, 支护、衬砌未能配合开挖, 使岩层暴露时间过久而引起塌方;(6) 开挖不到位而引起塌方, 如因欠挖而需挑顶,或遇孤石需爆破时因方法不当引起塌方;( 7) 第一次塌方处理不及时、处理方法不当而引起第二次塌方。

3 塌方的预防

对待塌方应以防为主。因塌方一旦发生, 即使处理十分妥善, 也要消耗许多人力和物力, 影响工程进度; 若处理不当, 将遭受更大损失, 还可能留下后患。所以应防患于未然。施工前应对设计所提供的地质资料进行详细分析了解, 充分掌握情况, 弄清楚施工中的难点、重点、疑点, 找出可能发生塌方的地段, 从而确定适当的施工方法, 并应制定出相应的防塌措施和准备好处理塌方机具材料。进洞前作好洞口段工程( 边坡、仰坡、明洞) 和洞门, 使进洞施工时无后顾之虑; 进洞后应遵循先排水、短开挖、弱爆破、强支撑、快衬砌0的原则, 步步为营、稳扎稳打、稳中求快、工序紧跟。严禁单工序突进, 必要时采取分段顺序作业。

3.1 先排水: 施工时首先研究分析地表和地下水来源及其活动对隧道有无影响和影响程度, 然后进行排水。对地表水系统的处理: 在洞顶地表施作截水沟和排水沟, 将水引、排出隧道通过的山体, 该山体上的地表裂缝用粘土填塞夯实, 以防地表水下渗。对地下水采用超前钻孔探水和排水;在工作面采用井点法降水, 然后再进行排水。

3.2 短开挖: 指缩短施工环节, 支护紧跟开挖, 衬砌尽可能紧跟支护; 若为Õ、Ö 级围岩, 则分部开挖面积要小, 这样施工速度快, 以减少围岩暴露的时间。

3.3 弱爆破: 避免围岩受震动松动而造成塌方, 可采用低威力炸药, 多布眼, 钻浅眼, 并严格控制炸药用量。

3.4 强支撑: 加强支护工作, 随挖随支护或先支护后开挖; 支护时针对地质情况, 更有足够的防止沉陷、侧压和底压的作用; 并使支护结构有足够的强度, 受力后不致有大的变形。3.5 快衬砌: 衬砌作业要有充分的准备。在能保证距开挖面的距离在爆破安全距离之外, 力求不间断的紧跟支护快速施工。

4 塌方的前兆

除上述一些措施外, 施工中还应勤观测, 多分析。塌方从表面看, 好像是突然发生的, 其实它和所有事物一样, 其质变是在量变到达一定程度之后才发生的, 并且在量变过程中总会出现一些征兆, 只是我们经常因洞内施工紧张或光线昏暗, 或噪音过大而忽略了这些征兆, 所以认为塌方这种质变是突如其来的。围岩的变形破坏总是有个由小到大的过程, 在这个过程中会发现一些征兆。

(1) 当顶部岩石裂缝旁边出现岩粉或洞内无故而发现有岩粉飞扬时;

(2) 顶部不断掉下小石块, 或岩层产生裂缝且逐渐扩大, 较大石块相继掉落等等现象出现时, 说明即将发生塌方;

(3) 当发现支撑吃力( 如接头压偏、压弯) 、变形增大甚至发生响声时, 说明围岩压力增大, 有塌方的可能;

(4) 当看到干燥的围岩突然出水, 或原有的地下水流突然增多, 都应引起警惕;

(5) 在断层处的流水有清变浊, 之后又由浊变清,水量增多。这说明开始流清水时, 断层破碎带内的充填物起着过滤作用; 流水变浊, 说明充填物被溶解后被水带出, 这时已存在塌方的危险; 流水再变清, 且水量增多, 则说明断层带内的充填物已被基本冲走, 已形成空隙可使水流自由通过, 故很快就可能塌方;

(6) 本来滴水位置是固定的, 突然滴水位置来回移动, 表明岩层在逐渐变形, 达到一定程度就可能塌方;

(7) 混凝土喷层出现大量的明显裂纹, 说明围岩压力增大, 有可能失稳塌方;

(8) 隧道支护, 拱脚附近的水平收敛率大于0. 2mmPd, 或拱顶下沉量大于0. 1mmPd, 并继续增大时,说明围岩仍在变形, 处于不稳定状态。

5 塌方的处理

一旦发生塌方, 首先必须详细调查塌方的范围和现状, 以及塌落后围岩的地质结构, 注意塌落周期, 了解塌方发生的原因及地下水情况, 迅速而慎重地制定出处理方案; 然后利用塌方间隙( 相对稳定期间) 突击支护, 防止塌方继续扩大, 并先加固塌方两端的未塌地段。具体的讲, 塌方的处理可遵循小堵清、大箍穿0和治塌先治水的原则, 快速进行。塌方的大小是以坍塌的规模和塌方体的补给情况来区分的。一般讲, 当塌方体低于拱顶开挖线, 塌体没有把拱顶完全堵塞时,属于小塌方; 而当塌体高于拱顶开挖线, 塌体把拱顶完全堵塞时, 塌体规模大, 且无法直接观察, 塌体的补给情况摸不清, 这类塌方属于大塌方。

5.1 小塌方的处理: 小塌方是隧道施工中较常遇到的情况。由于塌体规模不大, 可直接观察塌穴形状和摸清塌体的可能补给来源, 因此一般利用坍塌间歇空隙,抓紧支护住塌穴和塌方口, 并在塌碴上架设临时支撑,然后清除塌体, 边清边换成正式的支护, 紧跟后续工序, 此谓小堵清。

5.2 大塌方的处理: 因塌方体把塌顶堵塞, 不但不能支护塌穴, 而且一般连塌穴的形状和大小也无法查明,因此不允许清碴, 很可能随清随塌, 使塌方迅速扩大,而只能用/ 箍穿0的方法。所谓箍就是首先抓紧塌方端部的支撑加固和衬砌工作, 防止塌方发展延伸; 所谓穿就是用先护挖方法在塌体内用小导管注浆穿过,再紧跟后续工序。

5.3治塌先治水: 水是隧道施工的大敌, 它冲刷、软化、溶解某些围岩, 使地质条件迅速恶化。特别是在断层破碎带、堆积层和风化严重地段, 其破坏作用更为明显。这些地段本来就容易发生塌方, 而又恰好是地下水活动最容易的场所, 因此常使施工加倍困难。许多工点的实际情况也证明了这一点: 一般塌方地段多数有水, 水的活动助长了塌方的发展。因此, 总结以往的经验就是治塌先治水。处理塌方时要加强防排水措施, 防止地表水灌入塌方地段, 并采取措施引出塌方地段的地下水。

6 结束语

诸如上述, 要避免隧道施工中产生塌方现象, 首先要求地质勘察工作做细, 为设计提供比较详细的地勘资料; 其次要求设计根据地勘资料做出比较切实可行的施工方案, 对不良地质情况施工方案要有针对性和可预见性; 第三要求在施工中应加强工程质量的控制, 并要采取正确的施工方法和合理的施工组织安排; 第四要做好现场的监控量测, 可以从中发现一些塌方的预兆。