浅谈某隧道塌方原因及处治措施.doc

1、浅谈某隧道塌方原因及处治措施摘要：塌方是隧道施工中常见的地质灾害。本文通过对测试原件、隧道变形量测及地质、地形等方面的分析，总结出隧道塌方的原因，提出了塌方的处治措施，为以后的隧道施工提供工程经验。 关键词：隧道；塌方；原因；处治措施 Abstract : Collapses are common geological disasters in tunnel construction. Through analyzing the instrument test , the deformation measurement , the geology and topography of the t

2、unnel in this paper , reasons of collapse are summed up, treatment measures are put forward , providing engineering experience to tunnel construction. Keywords: tunnel ; collapse ; reason ; treatment measure 中图分类号：TU94+3.4 文献标识码： A 文章编号： 1、工程概况 2010 年 01 月某隧道右线进行紧急停车带 YK4+245.9-243 仰拱开挖过程中，线路左侧边墙与仰拱

3、连接处黄土持续垮塌，该段黄土呈砂状。为防止继续塌土，施工单位在现场用土对仰拱塌土段进行了回填。早上9：50 该段上台阶初支喷射混凝土出现脱落、掉块，周边初支迅速出现开裂，现场管理人员发现后立即将所有施工人员撤离到安全地带，早上10：00 时 YK4+243 初支塌方，土方约 300m3。但是，塌方部位的初支并未全部垮塌，YK4+245-232 初支破坏变形严重，存在再次塌方的可能。洞内初支出现多处环向裂缝，裂缝纵向间距为 60-80cm。右线隧道洞外地表有平行于隧道走向方向的几条长裂缝，缝宽约 27cm，裂缝两边的土体由于差异沉降，产生错台。 2、塌方原因分析 隧道初支是承受地层压力、防止围岩

4、变形塌落的工程构筑物。地层压力的大小，主要取决于工程地质和水文地质条件和围岩的物理力学特性，同时与施工方法、支护衬砌是否及时等因素有关。我们结合平时监控量测工作积累的一些资料和数据，对隧道右线塌方的原因从以下几个方面进行分析。 （1）测试原件方面 压力盒 分为初支压力盒以及二衬压力盒。由于初支压力盒在 2009 年 10 月份之前已经大量损坏，故主要对二衬压力盒反映的二衬与初支之间的压应力进行了分析。由二衬压力盒布设图和压力变化曲线知： 86 号和 56 号压力盒压力值增加趋势最快。 81 号和 52 号压力盒压力值总体是减小。 除了 61 号压力盒（埋设在距离拱顶左侧环向 2.5m 处）压力

5、值先增后减且变化缓和外，变化范围在 0.01250.030MPa，其余压力盒 69 号，65 号和 77 号压力值都是递增。隧道右线出口 YK4+243 发生塌方前后，右线出口 YK4+450 断面二衬与初支之间的压应力变化没有什么异常，并且变化趋势区域平缓。压力盒布设如图 1。 图 1 二衬压力盒布设示意图图 2 二衬内外层钢筋计布设示意图 钢筋计 钢筋计的布设：将钢筋计环向焊接到二衬钢筋上，分内外 2 层，将焊好的钢筋计的钢筋割断，由钢筋计分担钢筋所受的力。由压力盒布设图和压力变化曲线知： 外层钢筋计：钢筋计 548 号和 592 号值随时间推移由压力发展成为拉力，钢筋计 472 的值也是

6、递增，以上 3 支钢筋计依次相邻布设在拱顶环向右侧。在外层的钢筋计中，548 号变化范围最大，其值在-2230Kn范围内。 内层钢筋计：仅有 433 号钢筋计的值是递增的，且为拉力，但增加的幅度趋于回落；其余钢筋计的值都是递减的，且到了最后都是受压力。钢筋计布设如图 2。 通过对以上各组数据的对比可以得到这样的一个结论：由于隧道右线 YK4+450 断面距离塌方处该隧道右线 YK4+243 距离过大，所以，2010年 01 月 16 日塌方的不能从埋设的断面看出有预兆。 （2）洞内变形量测方面 经过分析隧道内部初支与二衬、周边收敛的数据，发现在塌方前后，隧道右线 YK4+244 处围岩位移、沉

7、降并没有发生突然变化，虽然该断面的拱顶当日沉降速率没有收敛，但是当时的沉降量不大，对于这种情况并不是很特殊。所以，2010 年 01 月 16 日塌方的不能从埋设的断面看出有明显预兆。 （3）地质、地形因素方面 该隧道工程地处典型的湿陷性黄土区，土体呈低含水量，低干密度，大孔隙状态，具有高压缩性等特点，湿陷深度可达 1020m，围岩稳定性差。有设计图纸可知，发生塌方的地段为大断面、大跨度结构（设计中的紧急停车带） ；而发生塌方前，施工单位正在该处进行左边墙开挖施工作业。隧道掘进进入了浅埋段，洞外地表沟壑很深，该处底层分布由地表依此向下为：新近堆出黄土，湿陷性黄土、非湿陷性黄土厚度仅有约30m

8、厚。另外，隧道一侧地形比较高，另一侧地形比较低，隧道处于偏压状态。 3、塌方结论 综上所述，可以发现：传感器辐射断面距离塌方地段距离较远，传感器数据未显明显异常；洞内拱顶沉降观测的结果，相对于大有山隧道的沉降量未显明显异常；该隧道右线的地质、地形因素使得围岩明显具有自稳性很差。所以，从监控量测的角度认为：此次坍塌没有明显预兆，其机理为：开挖对较大范围内的围岩造成了扰动，使错落体内的围岩自稳性更低。又由于偏压的作用， 初期支护受力复杂，易产生破坏。开挖使得该段隧道上覆土层粘聚力大幅降低甚至消失，从而绝大部分洞顶土体自重施力于隧道初期支护上。当初期支护局部强度不够，或者由于洞顶地表土体的垮塌，形成

9、冲击荷载而使初期支护强度相对不够，从而造成局部坍塌，并很快引起连锁反应，造成该次大面积的突发性塌方。总之，从监控量测的角度认为：地质、地形因素造成右线隧道围岩自稳能力较差，是造成塌方的主要原因。 4、隧道塌方的处治措施 （1）隧道发生坍方，应及时迅速处理。处理时必须详细观测坍方范围、形状、坍穴的地质构造，查明坍方发生的原因和地下水活动情况，经认真分析，制定处理方案。 （2）处理坍方应先加固未坍塌地段，防止继续发展。并可按下列方法进行处理： 小坍方，纵向延伸不长、坍穴不高，首先加固坍体两端洞身，并抓紧喷射混凝土或采用锚喷联合支护封闭坍穴顶部和侧部，再进行清渣。在确保安全的前提下，也可在坍渣上架设

10、临时支架，稳定顶部，然后清渣。临时支架待灌筑衬砌混凝土达到要求强度后方可拆除。 大坍方，坍穴高、坍渣数量大，坍渣体完全堵住洞身时，宜采取先护后挖的方法。在查清坍穴规模大小和穴顶位置后，可采用管棚法和注浆固结法稳固围岩体和渣体，待其基本稳定后，按先上部后下部的顺序清除渣体，采取短进尺、弱爆破、早封闭的原则挖坍体，并尽快完成衬砌。 坍方冒顶，在清渣前应支护陷穴口，地层极差时，在陷穴口附近地面打设地表锚杆洞内可采用管棚支护和钢架支撑。 洞口坍方，一般易坍至地表，可采取暗洞明作的办法。 （3）处理坍方的同时，应加强防排水工作。坍方往往与地下水活动有关，治坍应先治水。防止地表水渗入坍体或地下，引截地下水

11、防止渗入坍方地段，以免坍方扩大。具体措施： 地表沉陷和裂缝，用不透水土壤夯填紧密，开挖截水沟，防止地表水渗入坍体。 坍方通顶时，应在陷穴口地表四周挖沟排水，并设雨棚遮盖穴顶。陷穴口回填应高出地面并用粘土或污工封口，做好排水。 坍体内有地下水活动时，应用管槽引至排水沟排出。防止坍方扩大。 （4）坍方地段的衬砌，应视坍穴大小和地质情况予以加强。衬砌背后与坍穴洞孔周壁间必须紧密支撑。当坍穴较小时，可用浆砌片石或干砌片石将坍穴填满；当坍穴较大时，可先用浆砌片石回填一定厚度，其以上空间应采用钢支撑等顶住稳定围岩；特大坍穴应作特殊处理。 5、结语 对于坍塌的地段应增设监控量测测点，增加量测频率，根据量测信息及时研究对策。地表沉降往往与坍塌事故息息相关，因此严谨的分析每次地表沉降量测数据对于可能发生的偏塌或塌方能起到防微杜渐的作用。