隧道塌方原因分析与处理方案

张忠维

(中交隧道工程局有限公司第四工程公司)

1 隧道塌方及其危害

1.1 隧道塌方

近几年来，施工安全事故发生的越来越频繁，给工作人员的人身安全和社会造成了极大的影响。隧道塌方是施工中较常发生的安全事故之一。所谓隧道塌方是指施工过程中由于应力作用洞顶与两侧的部分岩石和泥沙土大量塌落的现象。造成塌落主要是因为在开挖时，隧道周围的松软岩体由于土体压力的作用而产生了裂缝破坏。还有可能是因为围岩内部早已经有节理和层理松弛剥落的现象。隧道塌方事故随时可能发生在整个隧道施工的过程中，隧道开挖、施工支护甚至在隧道衬砌之后都有可能发生塌方。

1.2 塌方危害

一旦发生隧道塌方事故，带来的后果不可谓不严重。不仅对施工人员造成极大的人身安全威胁，还延长了隧道的施工工期、增大了工程预算、极大程度的破坏了机械设备和降低了施工单位的施工质量。隧道塌方有高发性和高危性两大特点，除了了给施工安全带来严重的威胁，还给社会造成了不良的影响。我们不得不对塌方的成因进行深入的研究，在今后的施工过程中采取有效的工程预防和防治措施来减少塌方带来的危害。

2 塌方的成因分析

2.1 地形地貌条件

常常引发塌方的地形条件主要有四个。(1)隧道贯穿的整个地层中存在薄弱地段。(2)隧道穿过比如地铁、地下通道、窑洞等埋深较浅的地面建筑物。(3)在隧道穿过的地表有水塘、水库、河流、水沟、沟槽等水源地段。(4)隧道本身存在于有断层、岩堆、松软带等的特殊地层，会对隧道洞身和洞口的安全造成严重影响。

2.2 不良地质

在隧道施工的过程中，出现了断层、软弱夹层或者破碎带的围岩地质条件，一旦开挖，附加的应力容易使围岩失稳。若大面积围岩失稳则引起塌方。在经过堆积体地段，因结构的颗粒之间胶结不牢固致使土块松散，开挖后也容易引起坍塌。

2.3 地下水侵害

水是隧道发生塌方的重要因素。岩体进过了地下水的浸泡、软化、冲蚀和溶解，强度大大的降低，岩体失稳和塌落速度加剧。存在于岩层软硬之间的岩体在地下水的侵害下，软弱面强度降低，容易引发滑塌。

2.4 设计、施工不当

施工前地质勘察不细、支护结构设计不合围岩、设计强度不足都是有可能由于设计原因而导致塌方。施工时操作不规范也可能引起隧道塌方。不规范的方面包括施工方法、顺序和工艺不当;不合适围岩的施工技术和不良的操作;发现围岩地质条件不合时没有及时的改变施工方案等等。

3 塌方处理方案

3.1 洞口塌方处理

对于隧道洞口的塌方，能清理则清理干净。对于大型的塌方，不能全部清理干净的，可用喷锚网进行加固。在仰坡上选择合适的位置布置挡墙当作防护，挡墙可用浆砌片石。加固完仰坡后，在洞口的露空洞身采用明洞衬砌，在拱圈的顶部填实浆砌片石或者土石。根据仰坡处理后的情况，适当加强洞身的二次衬砌。可采用的方法是用钢混凝土、钢架混凝土衬砌或者扩大衬砌的厚度。

3.2 洞内塌方处理

(1)初期塌方处理。

塌方通过初期处理可以防止塌体继续扩展，分步采用三个措施。①在塌体表面喷射混凝土浆，巩固围岩，防止塌体发生滑塌。②对于塌低于地表的漏斗地要在周围进行截水。若碰到雨天，则在塌体上方搭建遮雨棚，防止雨水进入塌体内造成塌体侵蚀，容易产生滑塌。待处理完后，要对漏斗地进行土石填实，等填土沉降稳定后在表面衬砌浆砌片石。③对塌体后方进行二次衬砌，巩固塌体后方。之后进行支护结构的施工，防止围岩变形继续发生塌方。

(2)塌体处理。

①小导管注浆法:小型塌方或者在地质条件较差地段发生的塌方可以用小导管注浆法处理。主要的措施是通过预注浆巩固塌体和围岩，也可以用钢拱架与喷混凝土浆相结合进行加固。

②管棚法:对于影响较大，塌方较严重的塌体采用管棚法。具体的措施就是用预注浆加固塌体和围岩，之后在保证潜在变形的基础上对塌体和围岩进行打管鹏。注浆用的管子通常使用花管，还能挤密土体，有时花管可以和钢轨结合使用。要注意管棚施工中的钢管不宜过短，最好长点，这样可以减少材料和施工时间的叠加，从而加快施工速度。

③二次衬砌加强及回填法:经过实践表明，塌方之后的衬砌荷载要比塌方前的大，所以在塌方之后的塌体处理要加强衬砌。要加强衬砌首先就要采用较高强度的混凝土和采用钢筋、型钢或者钢轨。并且要通过回填来加固塌穴，这样可以减少衬砌荷载。回填的材料不能是松散的材料，必须是有一定承载力的材料，并且回填的高度要求在6 m左右。

④三台阶开挖法:根据新奥法原理在施工过程中的“弱爆破、短进尺、强支护、早封闭、勤测量、紧衬砌”的原则，塌体的处理可以用三台阶开挖法。台阶开挖的长度保持在3～5 m，主要是采用人工风镐加挖掘机方法，以微弱爆破为辅。用装载机装或挖掘机出渣，然后用自卸汽车运送。一榀拱架的距离为一循环进尺，这样方便顺利的通过塌体。

4 结束语

塌方属于隧道施工中发生的严重威胁安全的突发性事故，但是因隧道的地质条件和施工条件复杂，对围岩的变形情况的监控量测和地质预报工作比较难，出现塌方现象是在所难免的。施工时要随时关注围岩易失稳、软弱带、断层地段，在其位置作出明确的标识，根据实际的情况要作出采用合理的开挖的方法和合理的支护方法。塌方发生后，要及时的分析事故发生的原因，不仅要及时的抢救施工人员和机械设备，还要采取有效的措施来控制塌方。

[1]关宝树.隧道工程施工要点集[M］.北京:人民交通出版社，2003.

[2]杜坤，王余富，张嚣.隧道塌方简易预测法及其应用[J］.山西建筑，2006，32(1):86-87.

[3]闰东.隧道塌方分析及其整治[J］.铁道建筑，2007，(1):25-26.

[4]申国锋.隧道塌方的处理技术[J］.山西建筑，2007，33(4):89-90.

[5]铁道部第二工程局.隧道施工技术手册[M］.北京:中国铁道出版社，1998.