隧道塌方及大变形处治技术

罗琳

摘要：在隧道施工过程中坍方是常见的不良地质现象。而完全避免坍方，在目前施工条件和掘进水平下是很难做到的，对坍塌方处理的原则应是小坍清、大坍堵。探讨了发生塌方的两个主要原因，以及一般处理坍塌方步骤及方法，为工程实践提供了经验参考。

关键词：隧道塌方；施工；变形；处治技术

Abstract: In the tunnel construction process, collapse is the common but harmful geological phenomenon. In the current construction condition and tunneling level, it is hard to completely avoid collapse. And the current process principle is clear the small collapse, and block the large scale. This paper discusses the two main causes of the collapse, and the generally processing step and ways, which provides reference for engineering practice.

Keywords: tunnel collapse; construction; deformation; processing technology

中图分类号: U45文献标识码：A文章编号：

引言

在铁路及公路工程的实施过程中，隧道尤其长大隧道总是作为整个工程的控制工程。隧道施工中出现塌方，会延误工期，增加工程投资，降低隧道成品质量。当交通隧道、水工隧洞等地下工程穿越高地应力区及遇到软弱围岩体时，常形成软岩大变形等相关地质灾害。自20世纪初首例交通隧道软弱围岩大变形发生以来，国内外隧道工程发生的围岩大变形灾害事例屡见不鲜，它成为困扰地下工程界的一个重大问题。19世纪中叶，隧道底鼓、仰拱破坏等现象就已经出现并引起人们的关注，但首例严重的交通隧道软弱围岩大变形应该是1906年竣工的长19.8km的辛普伦隧道。此后，日本的惠那山公路隧道、奥地利的陶恩隧道和阿尔贝格隧道等都是典型的隧道围岩大变形灾害工程事例。我国青藏线的关角隧道、宝中线的大寨岭隧道、南昆线上穿越煤系地层的家竹警铁路隧道，以及铁山隧道等工程均出现了不同形式和程度的围岩大变形情况，给工程建设造成极大的困难。

隧道围岩大变形是一类危害程度大、整治费用高的地质灾害，据统计，国内外已发生大变形的隧道工程有20余座，大变形灾害不仅延误工期，而且造成工程费用的急剧增加，如南昆线家竹警铁路隧道长390m的大变形洞段，工期延误达四个半月之久据计算整治消耗自进式锚杆10万余米，如果将所有整治费用加在一起，损失十分惊人。

一发生塌方原因

塌方是最为常见、比较典型的一种事故。造成塌方的原因多种多样，有地质上突发的因素，也有人们认识上的因素，但归根到底，地质因素是决定性的。

1地质因素

（1）隧道穿过断层及其破碎带，一经开挖，潜在应力释放，

承压快、围岩失稳而坍塌;

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

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，一经开挖则失稳，常见围岩掉块、坍落。在软弱结构面发育的情况下，或泥质充填物过多，均易产生较大的塌方

在构造运动的作用下，薄层岩体形成的小皱曲、错动发育地段，施工中常常发生坍塌;

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，因而发生滑塌;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。各工序间距拉得较长，地层暴露时间过久，引起围岩松动、风化，招致塌方的发生;

（2）喷锚不及时，或喷混凝土质量、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，两者之间的空隙填充不密实，或连接不够牢固，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变形而未及时加固:

（5）爆破作业不当，用药量过多;

（6）处理危石措施不当，引起危石坠落，牵动岩层坍塌。

二、一般处理坍塌方步骤及方法

防止坍塌方扩大范围

塌方发生后，首先应防止塌方继续扩大:

（1）在塌方范围顶部、侧壁上的危石及大裂缝，应先行清除或锚固;

（2）对坍塌方范围前后原有的支护进行加固，以防止塌方扩大:

（3）在坍塌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。对坍塌方两端应尽快作好局部衬砌，以保证坍塌方不再扩大。

2处理坍塌方措施

（1）如坍塌方体积较小，且坍方范围内己进行了喷锚，或己架设好较为牢固的构件支撑，可由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;

（2）如坍塌方体积大，或地表己下沉，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;

（3）处理坍塌方的同时，应加强排水，即“治坍先治水”。

3处理坍塌方常用支护方式

（1）喷锚处理

采用喷锚处理较大型坍方，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。

②喷射1-2层混凝土后，可随即架设锚杆再喷射混凝土;

③坍渣清除后，随即做好衬砌。

（2）构件支撑处理

①在坍体不太高、坍穴略呈锥型、坍壁不太松散的情况下，使用人字架支撑。

②当坍体较高，但坍体两侧壁形状较整齐，且侧向压力不大时，可按垂直于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。须注意在排架间用剪力撑撑稳，下部横梁要随坍渣的清除随时倒换撑稳。

③当坍塌方较大，且围岩压力也较大时，宜在坍方范围内全部用纵向棚架支撑。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)，于纵地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。

④当坍方直至地表而深度不大时(小于10m)，可设置井箍。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lm。当坍方较深时，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，宜采用喷锚支护井壁的方法。

⑤当坍塌穴成斜孔时，处理方法根据斜度而定，倾角≤30°时，可按斜井的施工方法进行出渣及支撑;倾角>35°时，运用井箍支撑及由上而下地清渣。

4衬砌措施与回填方法

（1）衬砌施

①随着坍渣的逐渐清除，衬砌逐段推进时，快速成环。最好由坍体的两端对向施工，随即回填密实。在坍穴最高处或两端衬砌接头处应预留回填及进出料孔。

②如坍塌方范围的围岩不够稳定，在处理坍塌方中有继续坍塌的可能性，可在坍方范围内选择适当位置做坍体护拱，以掩护旅工操作。护拱上应以碎渣铺填2m厚左右作为缓冲层。

③如坍塌体未进行预先注浆加固，而采甩洲“穿过”的施工法时，拱脚处的衬砌巧工应加宽灌抵开挖轮廓璧(开挖轮廓不太大时)，以便保谜拱脚稳固。

（2）坍体回填

①坍塌方清除坍渣后，则拱背应先以浆砌片石回填2~3厚，其上再用干砌片石回填，回填高度应尽量填满坍方范每，坍体内木支撑应尽量拆除;

②在坍塌体的护拱与拱圈何应全部回填密实，坍体护拱以上回填厚度可根据具体情况而定，但不小于2m;可以选择适当位置另行开凿专供回填用的坑道;

④如坍塌方直达地表，，除按规定做好拱部回填外，另用一般土石回填夯实至距地表1~2m，在用粘土回填至略高于地表并向四周倾斜，周围做好排水沟。

三、隧道建设中常遇见的问题的成因及解决的关键方法主要有

（1）软岩隧道施工方法：在不良地质地层中进行隧道施工的主要方法有:分部施工法、超前支护法、超前灌浆法、新奥法及盾构法等。

（2）渗水涌水地段施工方法：在封堵浆液或混凝土中，增加速凝剂，加速混凝土的硬化；增设防水板及排水管，加强防排水工作;加强超前支护和初期支护;

（3）地质破碎带地段施工方法：破碎地层隧道洞口段施工时着重强调“早进晚出”及“保持边仰坡稳定”，及时施做洞门，洞口段施工尤其是在浅埋、偏压、破碎、软弱、地下水丰富并具有软弱夹层等极易发生滑移、坍塌的情况下，必须施做好预加固系统以后才能进洞，施工应在预加固结构保护下进行。概括起来，破碎围岩中修建隧道主要是提高围岩自支护能力，控制围岩松弛、坍塌。其基本原则是:稳定边、仰坡及掌子面、及时闭合和加固地层。

结束语

隧道施工中出现塌方，会延误工期、增加工程投资、降低隧道成品质量，严格遵循施工原则，选择合适的施工方法是解决问题的主要关键。隧道坍塌对工程的进度和效益影响巨大，要做到及时有效地处理坍塌方，并在隧道施工中切实做好各种预防坍塌的措施，防止坍塌的发生。