李新伟 王晓飞

隧道属于地下工程，地质状况复杂多变，施工控制难度较大。而且在隧道施工的整个过程中，一旦发生灾害性事故，轻则延误工期、增加投资，重则人员伤亡;同时处治不当会遗留质量隐患，给维修养护工作造成极大的困难。施工中较常出现的事故有塌方、大变形、岩爆等，还有突泥突水、瓦斯爆炸、有害气体逸出等。本文从塌方产生的机理入手，就其预防、处治技术进行探讨，供工程技术人员参考。

1 塌方机理

隧道或地下洞室在施工过程中发生的塌方形式是多种多样的，为简单、直观，可将所有塌方形式划分为三大类:1)洞口塌方。由于洞口一般为堆积层或风化严重、破碎的岩体，其自稳能力以及整体稳定性均较差，同时又处在浅埋地段，如果进洞前采取的技术措施未能达到要求，进洞后，必然引起上端围岩应力重分布，在重力作用下出现下沉或开裂变形，当这些变形发展到一定程度时，平衡被打破，导致大面积的整体失稳，进而发生整体坍塌，这就是洞口塌方。2)洞内石质类塌方。隧道或洞室开挖后，使其周边的岩石处于悬空状态，同时发生下沉或收敛变形，以释放其内部应力，由于岩石体中存在层理和节理(有时还有软弱夹层)，使周边的部分岩块在重力作用下，具有下落和挤出的趋势，如果此时未采取相应的支护措施或所采取的支护措施达不到控制其变形发展的要求时，必然会出现“掉块”现象，当这种“掉块”的数量达到一定数值时，就是塌方。这类塌方一般沿结构面形成塌腔的形状极不规则。3)洞内土质类塌方。土质类隧道或洞室开挖后，由于围岩的C，φ值较低，周边一定范围内很快发生松弛变形，随着这些变形的逐渐扩展，围岩的整体强度降低，同时土压增加，进而引发局部的塑性破坏，在围岩(土质体)内部出现空洞导致局部发生坍塌，局部(浅埋时在地表)出现下沉，塑性区进一步扩大，土压力剧增最终导致整体失稳，大面积坍塌，这就是塌方。这类塌方表现为:塌体为松散的砂、土(或碎石)混合体，数量较大，塌腔形状较为规则，一般为圆弧形或拱形。

2 预防措施

塌方的原因有很多种，有地质上突发的因素，也有人们认识上的因素，但归根结底，地质因素是决定性的，因此加强施工地质工作是避免和防止塌方事故发生的根本手段，必须牢固树立“地质工作既是设计人员的任务，更是施工人员的重要责任”理念，把施工地质工作提高到应有的高度加以重视，树立塌方是可以预测、控制的观点，增强不良地质条件下的施工应变能力和处理能力。

2.1 工程地质

1)充分理解图纸，并与现场的实际地质情况对照，弄清设计意图。2)加强对地质的超前预报，主要措施有超前钻孔、地质雷达、波速测试以及宏观的工程类比法等。3)在软弱围岩地段，必须采取正确的开挖及支护方法，如短台阶法、分部开挖法等，并确保初期支护质量、加强初期支护、监控量测、二次衬砌紧跟等。4)在隧道开挖过程中，突然遇到了较大的涌水、流砂、溶洞、断层及破碎带时，必须及时改变施工方法，增大支护参数，以及其他必要的技术处理手段，才能达到防塌的目的。

2.2 施工技术

1)隧道开挖。尽量减少对围岩的扰动，应尽可能地采用全断面的光面爆破技术;对于地质条件较差者，可采用半断面，同时采用弱爆破技术;对于大断面和特大断面，应采用分步开挖法进行。2)初期支护。必须确保初期支护的参数和质量达到设计要求。特殊情况下，还可以采用预应力锚杆、膨胀型锚杆、迈式锚杆，喷射混凝土可采用钢纤维喷射混凝土、碳纤维喷射混凝土等技术手段。3)超前支护。当围岩的自稳能力较差时，为了预防塌方，必须采用超前支护，其主要的内容有:超前锚杆、小导管注浆、管棚、全断面预注浆、深孔注浆、帷幕注浆以及在洞口浅埋段采用的地表注浆等。4)二次衬砌。二次衬砌不得严重滞后初期支护，软弱围岩地段应紧跟开挖，Ⅲ，Ⅳ级围岩需根据量测结果确定最佳施作时间。5)监控量测。量测工作在隧道的防塌工作中起着重要的作用，它是新奥法的三大核心之一。围岩的失稳破坏总有一定的先兆，通过将量测结果与设计给出的判断标准(也称为管理值)比较，即可得出围岩，包括初期支护是否稳定的结论。但是必须指出的是:量测结果超过标准值时，隧道并非一定发生塌方;相反，量测结果没有超过标准值时，隧道也并非一定安全稳定。

3 处治技术

3.1 处治的原则

塌方处理方案应遵循以下四个原则:安全，塌方的处理必须安全可靠，做到万无一失;快速，处理时间要最短;保质，即保证工程质量，不留任何隐患;节约，即整个处理费用最低。

3.2 处治要点

塌方处理应结合地质、地貌，及时组织，应抓住三个要点:地表处理，做好防排水工作、防止塌方的扩大;洞内塌体注浆固结，形成整体受力壳;塌方段的开挖及支护。

3.3 处治措施

1)塌方量较小时的处治方法。对塌方相邻段作强支护，以控制塌方的发展和蔓延;相邻段稳定后，以短进尺清渣;清除危石后立即喷混凝土;打锚杆或超前注浆管棚;挂钢筋网，复喷混凝土达设计厚度(15 cm～20 cm);进行监控量测;循序前进，往前施工;衬砌加强(钢拱加径向型钢支撑)。2)塌方量很大或通顶时的处治方法。对塌方相邻段作强支护，以控制塌方的发展和蔓延;对塌体从地表(浅埋时)或隧道内沿开挖线以外打孔注浆或超前管棚注浆，胶结松散塌体;待稳固后，小段清渣;及时挂网、喷混凝土;安设钢支撑并纵向连接，上下与锚杆、管棚焊接形成一初期支护的完整受力体;进行监控量测;循序前进，往前施工;衬砌加强(护拱腹部留空)。3)地表沉陷的处治方法。地表处理，地表及时回填并夯实(或喷混凝土封闭)，可预埋注浆管，搭防雨棚(或植草皮)，挖排水沟;对塌方相邻段作强支护，以控制塌方的发展和蔓延;塌方体处理，洞内塌体用钢轨或小钢管超前支护;塌方段打纵向钢轨、竖向钢轨，并用横向钢管支撑焊接为一整体，然后压浆;塌渣处理，随挖随撑;超挖部分用同级混凝土回填(或用浆砌片石回填);进行监控量测;循序前进，往前施工;衬砌按钢筋混凝土结构进行特殊设计。4)洞内有大涌水的塌方处治方法。由主洞迂回进入涌水区，向塌方体四周注入药液并排水;构筑挡墙;排水钻孔兼作空洞调查;向塌方空洞充填泥浆、水玻璃;向塌体部位周围山体注入水玻璃加固;钻孔检查，确认加固效果;拆除挡墙;清除隧道内的土砂及塌方体;恢复掘进。

4 结语

地下工程面临地质情况不断变化，各种突发情况多的现状，隧道施工尤其如此。塌方是隧道施工过程中出现的严重灾害，因此在施工过程中，应极力避免和防止。本文通过分析隧道塌方的机理，提出了其预防措施及处治技术，希望能对隧道施工有所帮助。

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