隧道塌方处理方法探索

隧道塌方处理方法探索

华通路桥集团有限公司 常平

在隧道工程施工中，掘进施工是控制总体施工进度的关键工序，也是控制隧道施工质量的关键所在。处理隧道塌方的方法，经过建设者多年的探索和研究，已经取得了许多宝贵经验。及早预防和正确处理隧道塌方，是保证隧道施工进度和质量的前提。隧道掘进施工中，由于地质水文条件不良或施工方法不当，经常出现各种形式的坍方现象，致使施工成本大幅上升，施工人员生命受到严重威胁，企业财产受到巨大损失。正确分析坍方产生的各种主要原因，建立应急预案，积极采取预防性措施，避免掘进施工过程产生大面积塌方，减少损失，提高掘进速度与质量，以达到预期效果。

一、坍方的预防

（一）坍方产生的主要原因

1、地质因素

（1）隧道穿过断层及其破碎带，一经开挖潜在应力（能量）释放，承压块、围岩局部失稳而产生坍塌。

（2）当通过各种堆积体时，由于结构松散，颗粒间胶结能力差或无胶结，成松散状，开挖后易引起坍塌。

（3）在挤压破碎带，岩脉穿插带、节理密集带等碎裂结构地层中，岩块间相互挤压钳制，一经开挖即会出现岩块坍落失稳现象。在软弱结构面发育的情况下，或泥质充填物过多，均易产生较大的坍塌。

（4）薄层岩体在构造运动的作用下，形成的小褶曲错动发育地段，施工中经常发生坍塌。

（5）地下涌水、渗透水的软化、浸泡，冲蚀、溶解等作用，加剧岩体的失稳和坍落。

（6）岩层软硬相间，或有软弱夹层的岩体，在地下水作用下，软弱面的强度大大降低，因而发生坍塌。

（7）隧道竖向轴面与岩体斜向错动，挤压面夹角大于300及以上，且隧道整体位置偏于山体下半部，掘进施工中因地下水丰富或爆破震动力影响使洞壁易产生位移或大面积坍塌。

（8）早期形成的溶盐洞穴，其强度较低，易破碎，掘进施工中易产生坍塌。

2、施工方法和措施不当等原因

（1）施工方法选择不当，或工序间距安排不合理。各工序间距拉的过长，地层暴露时间过久，如上下导洞距离大于8m，甚至达到10m以上，初期支护滞后，不能紧跟作业面（掌子面），或超前锚杆跟进施工不及时，均易导致围岩松动风化，产生坍塌。

（2）喷锚不及时，及喷射砼质量、厚度不符和要求，拱顶与侧墙锚杆锚固间距过大，或锚固深度不足，挂网联结点过少，致使初期支护与岩体没有形成有机整体，易产生坍塌。

（3）采用钢支撑时，支撑架设质量和制作联结质量差，支撑与围岩不密贴，两者之间的空隙填塞不密实，联结不牢靠，不能满足围岩侧压力所需的强度要求。

（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，用药量过多。周边孔钻爆角度偏差过大。

（6）处理危石措施不当，引起危石坠落，牵动岩层坍塌。

（二）塌方前的征兆

1、量测信息所反映的围岩变形速度或数值超过允许值；

2、喷射砼产生纵横向的裂纹或龟裂；

3、在坑顶或坑壁发现不断掉下土块、小石块或构件支撑间隙不断漏出砂、石屑；

4、岩层的层理、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）预防坍方的措施

隧道施工预防坍方首先建立应急预案，做好地质预报，选择相应的安全合理的施工方法和措施。 除派专职安全人员昼夜巡检外，在施工中注意掌握下述要点：

1、先排水。在施工前和施工中均采取相应的防水措施，尽可能将坑外之水截于坑道之外。

2、短开挖。各部开挖工序间的距离要尽量缩短，以减少围岩暴露时间。

3、弱爆破。在爆破时，要用浅眼、密眼、并严格控制用药量或用微差毫秒爆破。

4、强支护。针对地压情况，确保支护结构有足够的强度。

5、快衬砌。衬砌工作须紧跟开挖工作面进行，力求衬砌断面尽快成环。

6、勤检查、勤测量。对围岩发现有变形或异状，要立即采取加强支护等有效措施及时处理隐患。

二、坍方处理

（一）一般处理坍方的步骤及方法

1、防止坍方扩大：坍方发生后，首先应防止坍方范围继续扩大。

（1）在坍方范围的顶部与侧壁危石及大裂缝，应先行清楚或锚固。

（2）加强原有支护。对坍方范围前后原有的支护进行加固，以防止坍方扩大。

（3）在坍方范围内架设支撑或喷射混凝土，必要时加设锚杆。

（4）加快衬砌。对坍方两端应尽快作好局部衬砌，以保证坍方不再扩大。

2、处理坍方

如坍方面积较小，且坍方范围内已进行喷锚或已架设好较为牢固的构件支撑时，可有两端或一端先上后下地逐步清除坍渣，随挖随喷射混凝土，随架设临时构件支撑支顶。

如坍方体较大，或地表已下沉，或因坍体堵塞无法进入坍方范围进行支护时，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。

（二）处理坍方常用的支护方法

1、喷锚处理

采用喷锚处理较大型的坍方，较之采用架设支撑，更加安全、快速，且省工省料。

（1）由外向内、由上而下，逐段随清坍渣随向岩壁先喷射一薄层砂浆，然后再喷射混凝土。混凝土宜分层喷射，每层厚5cm左右。

（2）喷射1~2层混凝土后，可随即加设锚杆再喷射混凝土。

（3）坍渣清除后，随即作好衬砌。

2、构件支撑处理

(1)在坍体不太高、 坍穴略呈锥形、坍壁不太松散的情况下，使用人字架支撑（图1）

(2) 当坍体较高,但坍体两侧壁形状校整齐时，可按垂直与隧道中线的方向架设横向排架。先将坍体顶的石渣扒平，铺上横梁，再在其上架设排架。排架间距根据坍穴围岩情况而定，一般为1~2m左右。需注意在排架间用剪刀撑撑稳，下部横梁要随坍渣的清除随时倒换撑稳（图2）

（3）当坍方面积较大，且围岩压力也较大时，宜在坍方范围内全部用纵向横架支撑。先将坍渣顶部适当扒平，沿隧道中线方向平行设置纵地梁数根（地梁下预铺横梁），于纵梁上按照导坑支撑的形式以1m左右的间距架设箱形棚架。以后逐层向上架设至坍方顶部，用填塞木塞紧。随着坍渣的清除，加设立柱，并以纵撑撑牢（图3）。

（4）当坍方直至地表而深度不大时（小于10m），可设置并箍（图4）。由地面向下逐步清除坍渣，随即架设箍架支撑。箍架的形式可为多边形、矩形或方形，视坍穴的形状而定，架距不大于1m。当坍穴较深时，则可先将井口至坍渣顶面一段箍好，不进行清理坍渣，而在洞内采用穿过坍方的施工方法。

如坍井较大时，宜采用喷锚支护井壁的方法.

(5)当坍穴成斜孔时,处理方法根据斜度而定,倾角小于或等于300时，可按斜井的施工方法进行出渣及支撑；倾角大于350时，运用井箍支撑及由上而下地清除坍渣。

（三）衬砌措施与回填方法

1、衬砌施工

⑴ 随着坍渣的逐步清除，衬砌逐段推进，快速成环。最好由坍体的两端对向施工，随即回填密实。坍穴最高处或两端衬砌接头处应预留回填有进出料孔。

⑵ 如坍方范围的围岩不够稳定，在处理坍方中有继续坍塌的可能时，可在坍方范围内选择适当位置做坍体护拱，以施护施工操作。护拱上应以碎渣铺填2m厚左右作为缓冲层（图5）。

⑶ 如坍体未进行预先注浆加固而采用“穿过”的施工方法时，拱脚处的衬砌圬工应加宽灌抵开挖轮廓壁（开挖轮廓不过大时），以便保证拱脚稳固。

2、坍体回填

⑴ 坍方清除渣后，则拱背应先以浆砌片石回填2~3m厚，其上再用干砌片石回填，回填高度应尽量填满坍方范围，坍体内木支撑应尽量撤除。

⑵ 在坍体的护拱与拱圈间应全部回填密实，坍体护拱以上回填厚度根据具体情况定，但不应小于2m.

⑶ 如坍方范围高大，在坍穴内进行回填操作不便时，可选择适当位置另行开凿专供回填用的坑道。

⑷ 如坍方直达地表，除按规定做好拱部回填外，另用一般土回填夯实至距地表1~2m，再用粘土回填至略高于地表并向四周倾斜，周围做好排水沟。

结束语：随着科学技术的发展和机械化施工程度的不断提高，隧道施工技术将会进一步完善。由于水平有限，不足之处在所难免，敬请批评指正。

主题词：隧道、坍塌、处理、方法

华通路桥集团有限公司2004年3月

常平