淺談隧道塌方的預(yù)防措施

近幾年隨著隧道工程的大量增多，如何預(yù)防隧道塌方事故的發(fā)生成為基礎(chǔ)建設(shè)中個不得不面對的問題。這就需要從隧道工程的點入手，了解塌方產(chǎn)生的原因，采取合理的開挖方法和有的支護措施，預(yù)防隧道塌方的發(fā)生，保障施工安、節(jié)省工程投入。本文從塌方產(chǎn)生的原因入手，就預(yù)防塌方發(fā)生的方法作簡要闡述。

　　、塌方產(chǎn)生的原因

　　（）客觀地質(zhì)條件

　　隧道工程是典型的地質(zhì)工程,地質(zhì)條件直接影響隧道塌方發(fā)生的概率。從地質(zhì)情況看主要有以下幾種情況:

　　1. 地下工程通過褶皺構(gòu)造、斷層、節(jié)理裂隙發(fā)育地帶；

　　2. 圍巖本身不穩(wěn)定或已割成碎塊,造成強度低、結(jié)構(gòu)松散，節(jié)理面有泥質(zhì)物及巖屑充填，并且支護的不及時而暴露時間過長，導(dǎo)致圍巖風(fēng)化嚴重；

　　3. 開挖面通過斷層，突然遇到較高水壓富水洞段，地下水向洞室內(nèi)漏出，淘空了斷層構(gòu)造帶中破碎巖體和充填物；

　　4. 巖層產(chǎn)狀不利或因巖爆等諸多地質(zhì)原因。

　?。ǘ┰O(shè)計的不足

　　在進行初期勘察設(shè)計時，由于對隧道所在區(qū)的地質(zhì)情況勘查了解不清，地質(zhì)資料不詳細，對可能遭遇斷層、富水、巖爆、瓦斯等情況估計不足，對可能遭遇塌方以及產(chǎn)生塌方后的處理缺乏思想準備和相應(yīng)的技術(shù)措施?；蚬て诎才挪缓侠?，盲目追求進度，對不穩(wěn)定圍巖沒有進行及時有的支護；再或是為減少工程投入，安支護參數(shù)過小，未能起到支護穩(wěn)定圍巖的作用，而終導(dǎo)致塌方的發(fā)生。

　?。ㄈ┤藶樵?

　　在隧道施工過程中****別是在開挖過程中，由于施工人員對地質(zhì)情況了解不清，忽視圍巖細微變形，思想上麻痹大意，忽視開挖后的監(jiān)控量測，抱著盲目樂觀和僥幸心理，對不良地質(zhì)洞段沒有采取正確合理的開挖方法，開挖后支護不及時。在開挖時，爆破對圍巖的擾動過大，開挖后圍巖暴露時間過長，風(fēng)化程度加劇，或由于設(shè)計的原因，中途進行擴挖或更換支護，造成應(yīng)力重分布，使得原來不應(yīng)塌方洞段，因巖體的應(yīng)力失穩(wěn)而產(chǎn)生塌方。

　　二、塌方的預(yù)防

　　（）設(shè)計中對塌方的預(yù)防

　　塌方般發(fā)生在施工階段，似乎與設(shè)計關(guān)系不是很密切，因而人們往往忽視設(shè)計過程對塌方的預(yù)防，其實不然。設(shè)計過程對塌方的預(yù)防主要從以下兩個方面入手：

　　1. 進行準確的地質(zhì)情況勘察。隧道是典型的地質(zhì)工程，地質(zhì)條件是制約地下工程安、質(zhì)量、工程投資的關(guān)鍵因素，塌方的產(chǎn)生與地質(zhì)條件的好壞有著密不可分的關(guān)系，不良的地質(zhì)條件，如斷層、涌水、巖爆等都會直接導(dǎo)致塌方，地質(zhì)勘察的科學(xué)性、準確性對預(yù)防隧道的塌方起著至關(guān)重要的作用，地質(zhì)資料的缺乏給隧道施工帶來很大的盲目性。因此在施工前，進行詳盡合理的地質(zhì)勘察是非常必要的，選擇合理開挖方法，及時采取有的支護，預(yù)防塌方的產(chǎn)生。

　　2. 合理的設(shè)計。在掌握詳細的地質(zhì)情況后，合理的設(shè)計起到關(guān)鍵的作用。其，合理進行隧道的選線，避開不良地質(zhì)段；其二，選擇合適的支護參數(shù)，既能滿足支護要求，又不增加工程投入。仰拱棧橋

　　（二）施工過程中塌方的預(yù)防

　　1. 施工過程中的地質(zhì)預(yù)測預(yù)報。施工前設(shè)計階段的地質(zhì)勘察，只能從宏觀上分析整個隧道通過區(qū)的基本地質(zhì)情況，對可能出現(xiàn)的大斷層、富水洞段和高應(yīng)力段沒有標(biāo)識，或由于設(shè)備、方法的簡陋，對垂直埋深較大的洞段無法進行勘察，造成局部地質(zhì)資料不足，因此施工過程中的地質(zhì)預(yù)測預(yù)報必不可少。及時跟進掌子面的地質(zhì)預(yù)測預(yù)報，對可能出現(xiàn)的局部地段圍巖破碎引起失穩(wěn)、塌方和可能遭遇的斷層、涌沙、涌水都能及時預(yù)測清楚，能及時提醒施工人員采取合理的開挖和支護方法，預(yù)防塌方的發(fā)生。

　　2. 不良地質(zhì)段塌方預(yù)防。隧道工程經(jīng)常會遇到軟弱圍巖、巖爆、富水以及瓦斯等不良地質(zhì)段，而這些不良地質(zhì)情況是造成塌方的重要原因。因此，不良地質(zhì)段的防塌工作顯得尤為重要。

　　1）Ⅳ、Ⅴ類圍巖等不良地質(zhì)段塌方的預(yù)防方法：

　　開挖時的預(yù)防：當(dāng)隧道通過斷層、斷層影響帶，或巖石比較破碎，風(fēng)化嚴重；或巖層產(chǎn)狀、結(jié)構(gòu)不利組合地段時，合理的開挖方法，能很好預(yù)防塌方的發(fā)生。般采用方法：采用大管棚、小導(dǎo)管、超前錨桿等超前加固支護措施配合雙側(cè)壁導(dǎo)法、CRD法、CD法等分部開挖工法。

　　強支護是預(yù)防塌方的主要措施：洞室開挖后，圍巖般有定的自穩(wěn)時間（對別差地段可以采取超前支護），由于不支護的自穩(wěn)時間與巖石條件和洞室的跨度等多種因素有關(guān)，圍巖不支護究竟能穩(wěn)定多長時間，迄今為止內(nèi)外都沒有滿意的解決辦法。因此，在開挖后及時對圍巖情況進行準確的判斷，在圍巖自穩(wěn)時間內(nèi)及時給予支護，可有限制圍巖變形的自由發(fā)展，防止巖體因松動、脫位而造成塌方。對地質(zhì)不良地段，主要采取錨噴、網(wǎng)噴、噴混凝土與鋼支撐或格柵鋼架相結(jié)合的支護方法。

　　加強圍巖變形觀測是預(yù)防塌方的有方法：變形現(xiàn)象是指隧道在巨大地壓作用下，圍巖屈服變形，拱壁向內(nèi)移動，隧道變窄的種地壓現(xiàn)象。地下洞室開挖后，圍巖在重新穩(wěn)定過程中都存在變形，當(dāng)變形超過允許范圍時，就會發(fā)生塌方。

　　新奧法施工中，通過量測儀器對圍巖的變形量和變形速率進行觀測分析，推測其大變形量，估算是否會發(fā)生塌方，提前作出預(yù)告，以決定采取合理的支護方式、支護參數(shù)。目前采取的觀測方法有位移觀測、收斂位移觀測、壓力量測等，常用是收斂位移量測，即量測隧道周邊或結(jié)構(gòu)物內(nèi)部凈空尺寸的變化。各隧道洞室允許變形量標(biāo)準不盡相同， 我在家標(biāo)準《錨桿噴射混凝土支護技術(shù)規(guī)范》中對洞周容許相對收斂量進行了規(guī)定。

　　2）巖爆引起塌方的預(yù)防方法

　　巖爆產(chǎn)生機理：巖爆是高應(yīng)力區(qū)地下洞室開挖中圍巖脆性破壞時應(yīng)變能突然釋放所造成的種動力失穩(wěn)現(xiàn)象。由于巖體中儲藏的能量通常以彈性變形的形式儲聚，高應(yīng)力集中區(qū)內(nèi)，彈性變形越大，儲備的能量越多，開挖后圍巖表面應(yīng)力被解除，具有高度彈性的脆性巖層由于爆破沖擊波的作用，動應(yīng)力和應(yīng)變靜應(yīng)力疊加和釋放產(chǎn)生了脆性斷裂，形成了巖爆。

　　開挖時的預(yù)防：隧洞爆破開挖，既可以使圍巖應(yīng)力得到部分釋放，也可以產(chǎn)生新的應(yīng)力集中，發(fā)生巖爆。因此，在可能發(fā)生巖爆區(qū)段內(nèi)采取二次開挖，先開挖上半斷面，減小光面爆破的周邊眼間距，且盡量分布均勻，以使開挖輪廓線相對圓順，減少新的應(yīng)力集中。周邊眼采用小藥卷或間隔裝藥，爆破時導(dǎo)爆管段位增加，降低同段起爆藥量，以盡量減少爆破對圍巖的擾動。

   3）富水洞段塌方的預(yù)防

　　在地下水豐富的斷層破碎帶，大量的滲水、淋水甚至于涌水的部位，不僅影響施工的進度和質(zhì)量，還容易造成塌方。在此種地段施工時，及時排水是預(yù)防塌方的關(guān)鍵，在了解巖石節(jié)理裂隙破碎帶的走向、傾向和傾角后，根據(jù)水量的多少可采用下面幾種方法：

　　，對于少量集中滲水、淋水地段，在將要通過的透水層部位布置定數(shù)量的排水孔或埋設(shè)排水管，將滲、淋水集中到排水孔內(nèi)導(dǎo)出，稱為排水孔法或排水管法；也可以通過在鋼筋網(wǎng)背后鋪過濾層或隔水層，將其固定在圍巖上，通過軟管邊排水、邊噴射混凝土，稱為金屬網(wǎng)法；

　　二，如遇較大涌水，在支護時對主要涌水出水口暫不進行封堵支護，待涌水減小或沒有時，再進行支護或進行固結(jié)封堵，迫使水流改變流向。

　　三，對于地下水壓較大、含水量豐富地段，采用超前加固支護，排堵給合等措施，進行綜合治理。

　　4）瓦斯洞段塌方的預(yù)防

　　瓦斯是從煤層中突出的種可燃可爆氣體。當(dāng)隧道穿過含有煤層的洞段時，不僅要注意煤層的穩(wěn)定問題，更應(yīng)防范瓦斯爆炸所引起的塌方，對空氣中的瓦斯?fàn)顩r進行嚴格監(jiān)控。因此，這種情況下預(yù)防塌方的方法主要是及時向洞內(nèi)通風(fēng)，將洞內(nèi)瓦斯氣體稀釋并排出。在施工時要嚴格采用用設(shè)備，采用正確的施工方法，減少引發(fā)氣體爆炸的火花、火星產(chǎn)生。鋼模臺車

3.消除人為因素影響，預(yù)防人為造成的塌方

　　由于施工人員為了搶施工進度，對圍巖的自穩(wěn)能力過于樂觀，或由于地質(zhì)條件直較好，思想上過于麻痹，對突然出現(xiàn)的斷層等估計不足，準備不充分，很容易造成塌方。

　　為此在隧道的施工過程中，要對工期作合理的安排，在思想上要有對可能出現(xiàn)的各種不良地質(zhì)情況有打持久戰(zhàn)的準備，在技術(shù)上對可能遭遇的塌方有詳細對應(yīng)的技術(shù)措施。當(dāng)出現(xiàn)斷層或其它不良地質(zhì)現(xiàn)象時，定要對地質(zhì)情況作詳細的分析，充分了解圍巖點和其穩(wěn)定性，按照就低不就高的原則進行開挖和支護，并且加強圍巖的變形觀測和分析，對超過允許范圍的較嚴重變形洞段應(yīng)及時采取相應(yīng)的支護措施，抑制圍巖的進步變形，能很好預(yù)防塌方的發(fā)生。