隧洞塌方成因分析及处治方案设计

施远初

广西壮族自治区水电工程局国际工程部

摘要：在隧洞施工中，造成塌方的因素很多很复杂，不良的地质条件、施工不当、天气水文的影响、认识因素等因素都有可能造成隧洞塌方的原因，不同项目的水工隧洞，由于所处地域不同，工程地质条件、围岩类别、地下水等差别很大，针对具体塌方问题采取针对性的处理措施是解决隧洞塌方的有效处理方法。本文分析了隧洞塌方产生的原因，提出了针对性的解决方案，为类似的工程事故的处理提供了借鉴的经验。

关键词：隧洞塌方；成因分析；处理方案

1.隧道塌方的原因

1.1不良的地质条件

不良的地质条件指的是施工的隧洞洞身地质较差，围岩的自我稳定能力较差，在施工还没开始之前或是还未进行维护支撑工作的时候，隧洞洞身就发生了坍塌和破坏。地下水的影响，在不同的地域区别很大。如果地下水的腐蚀性过强，对于地质结构的影响会很大。不仅如此，如果施工的区域处于断层褶皱或是其他地形复杂的区域，在施工的过程中也会有很多的不可预见性，那么施工将会变得极为艰难。

1.2施工不当

隧洞坍塌的另一个原因就是施工不当，造成施工不当的因素有可能是对地质勘查的不准确，未对地质的不良因素做出正确的预估和分析。例如在围岩的分级或是需要挖进的循环进尺不能进行正确的评估和最终敲定，导致在施工过程中的失败。还有就是对地下水的分析过程中未能够正确得出结果，对地质的勘测和评估出现了差错，也容易导致施工的不恰当。除了上述这些导致施工不当的原因外，在施工过程中也有不恰当的作用直接导致了隧洞的坍塌。施工过程中爆破失败，会直接导致隧洞的坍塌，这是由于围岩的应力过于集中。又或者是在施工过程中没有按照要求和图纸来进行施工，这种低级的施工不当也会导致隧洞的坍塌。

1.3天气水文的影响

天气气候和水文条件都会对施工造成一定的影响，例如选择施工的区域在天气上经常会阴晴不定，这样对施工也会造成不小的影響，如果在施工的过程中，天降暴雨，强大的暴雨冲刷，极容易产生山体的坍塌和泥石流等情况发生。不仅带来了坍塌的风险，同时也对施工工人构成了生命威胁。其次就是水文对地质的影响，地下水在施工勘察的工作中是中心，地下水分析是地质勘察的基础，因为地下水的成分对地质会产生一定的影响，例如，地下水含有酸性离子或是酸性气体的存在就会具有腐蚀性，无论是对建筑材料还是土质结构都会有一定的影响。

1.4认识因素

认识因素指的是施工队对地质勘察不够，技术水平不够先进等因素。由于在对施工的认识不清，导致了施工失败，隧洞坍塌的情况也时有发生，所以针对这种认识不足的原因，应该运用科学来予以解决。

2.针对隧洞塌方的治理措施

2.1小型塌方

小型塌方是指小规模的坍塌，对于这种情况，首先要对塌方的顶部进行支撑和加固，然后再派专业人员进洞视察，确定原因之后，在保证绝对安全的情况下派遣清理小组进洞进行清理工作。

2.2大中型塌方

对于大中型塌方，最首要的就是对塌方的部位的两端进行支撑加固，避免塌方的继续扩大。同时采用插板法进行支撑后，在其保护作用下进洞，实行边挖边垒砌的方法。

2.3塌方伴随涌水突泥

塌方伴随涌水突泥这种情况，其实施修补工程时难度更大，危险系数更高。首先要保证施工人员和技术人员的生命安全。对塌方导致的涌水突泥，要注重注浆封堵引排水这几个要点。在涌水突泥情况的发生之前要将人员撤离到安全地段，在相应的地段进行支撑加固。

3洞挖塌方治理实例

3.1洞挖塌方经过

某洞挖至8+120m桩号时，岩石由Ⅲ类围岩转变为Ⅳ类围岩。改变洞挖方式，由Ⅲ类围岩的每一循环进尺2m改为每一循环进尺0.8m，支护方式为槽钢[20成拱，间隔0.8m，挂网喷C25砼，拱顶半圆部分锚入钢筋Φ25，L=2.50m，间距@=20cm，在洞挖施工到第5次循环，桩号为8+116.80m～8+116.00m时，在出碴接近结束时，发现开挖工作面的左半边顶部有拇指大的水流从裂缝中涌出，且水流不断地增多。当班组长停止出碴工作，提前组织支护，但支护刚开始，水孔裂缝变大，伴随有泥浆涌出，已经无法再进行支护工作，工人撤出工作面后半小时，洞顶发生管涌塌方，流沙堆积到第三道防护碴堆，塌方体约250m?泥沙。

3.2洞挖塌方的原因

洞挖进入F5断层带，F5断层是上、下游两座山体的交接处，洞顶覆盖层只有35.00m，岩石破碎，洞挖已经破坏裂隙的原有结构，并已击穿水带。经过几天观测，水流流量保持在6～7m?/h左右，泥沙渗出在半小时左右涌出一次。山坡底部表面发生凹陷，经测量，在洞挖工作面的左上部山体，应该是洞内塌方影响到地表的塌陷。

3.3处理方案

3.3.1方案一

沿山体修一条500多米的交通便道运送地质钻机到塌陷处钻孔，钻孔深30m～35m，钻孔数6～9孔。之后对塌陷处灌压水泥浆，发现空腔则浇筑砂浆或者砼。待塌体固结稳定后，洞内洞挖按塌方体开挖方式恢复施工。 该方案需要的处理时间较长，修路、钻孔、灌浆（砼）工作预计需时25天左右。且灌浆（砼）工作量大，钻机在工作时，塌体不安全，随时有新坍塌发生。

3.3.2方案二

人工配合ZL50装载机清除部分流沙，在塌方体的工作面上，人工用风镐清挖塌方部分，清空到半圆（2.25m）后，先干喷素C25砼5cm后立拱稳固塌方体，挂网喷C25砼15cm，孔顶塌方形成的空腔用块石砼填满。12h后，对工作面倒数第一排拱架处的管棚补充钻孔，完成拱顶半圆管棚的布设，同时对原先塌方处的悬空管棚及注浆不达要求的灌浆孔补充注浆。补充灌浆完成12h后，清除流沙体，完成洞体下半部分支护。同时对渗水处埋φ50塑料管引流集中排水。 工作面恢复工作后，按Ⅴ类围岩的开挖支护方式进行洞挖作业，单循环进迟控制在0.5m，且每间隔一榀拱架（1.0m），必须用φ40，L=2.50m的超前管棚灌浆固结洞体围岩，直到通过F5断层带。经评估，采用该方案。

3.4措施

洞外人工在地面塌陷处周边进行引、排水防护，防止山体水流入坍塌坑。洞内流沙体表面摊辅木板，用人工沿左侧洞壁耙一条排水沟，集中排水；用长度L=1.5m，φ40铁管，人工打入流沙体，铁管周边钻5mm孔，孔距50cm，梅花形布置；利用灌浆机注入水灰比为0.8的水泥浆，水泥浆按5%比例加入水玻璃；灌浆顺序由高处向低处。第一次灌浆完成后，等待1小时进行第二次补灌，灌浆以流沙面有水泥浆冒浆为标准停止灌浆；流砂基层处理后，约10小时，施工人员站在流沙面不会下陷后，在距塌方工作面2.40m和0.80m的拱架顶钻孔施工管棚。管棚仰角在30°左右，钻孔设备使用YT-28型气腿钻机。钻孔完成后用钻机送入周边梅花型钻孔的φ40钢管，管尾2.0m部分不鉆孔，管头制成尖头形状；向钢管注入水灰比为0.6～0.5的水泥浆.水泥浆中加入5%的水玻璃。灌浆分两次进行，灌浆机设置的压力值第一次为1个大气压，第二次为1.5个大气压。每次由低处向高处灌，注灌孔以洞边冒浆或邻近周边孔冒浆或连续灌浆15分钟，灌孔吃浆没变化的，或已达设定的压力的灌孔，停止灌浆。第二次补灌在第一次灌注后5h进行；灌浆作业完成24h后，原本多处渗水的工作面，水流处水流明显减小，流沙停止涌出，水流变清水，证明洞内的塌方体已经得到有效控制。

4.总结

通过本文对隧洞坍塌的讨论研究，我们对其又有了进一步的了解。在隧洞的施工中，坍塌的危险存在很大风险。通过对隧洞坍塌的原因进行分析，我们对掌握隧洞坍塌的治理工作更加清晰。在应对隧洞坍塌的情况，首先要对坍塌的形成原因作出分析，其次是针对这些原因对隧洞进行修补工作，在保障人身安全的情况下，对隧洞进行修补工作。隧洞塌方的研究工作对日后的隧洞施工工作有着巨大的帮助，在科学越来越发达的现代，会有越来越多先进的技术和方法来帮助解决隧洞坍塌的问题，这对于建筑行业来说是一个里程碑。

参考文献：

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