隧道塌方问题处理研究
潘峰
中交路桥南方工程有限公司仁赤项目
摘 要: 塌方是隧道施工中常见事故,如何超前采取预防隧道塌方措施尤为重要。本文通过对发生塌方的原因及塌方的一般处理方法进行分析,并提出了相关安全保证措施。 关键词: 隧道塌方 原因 处理办法
1 塌方产生的原因 1. 1 地质因素
(1)地壳在构造运动的作用下,薄层岩体形成小褶曲,错动发育地段,隧道施工从此处通过, 常发生塌方。
(2)隧道穿过断层及其破碎带,一经开挖, 潜在应力释放,承压快,围岩失稳而塌方。 (3)通过各种堆积体时,由于结构松散,颗粒间无胶结或胶结差,开挖后引起塌方。 (4)隧道穿过浅埋或隧道进出口附近,围岩自稳能力差或受偏压影响,开挖中引起坍塌。 (5)岩层软硬相间或有软弱夹层的岩体,在地下水的作用下,软弱面的强度大大降低,因而发生塌方。
(6)地下水的软化、浸泡、冲蚀、溶解等作用,加剧岩体的失稳和塌方。
(7)围岩比较差、断层或节理面呈楔型状态,构成不利组合,在内应力或地下水的作用下,产生突然塌方,这种塌方是最不易观察和发现的,也是比较危险的。 1. 2 施工方法和措施不当
(1)地质勘察不准,而施工人员经验又不丰富,在不良地段没有做好钻探工作,施工不认真引起塌方。
(2)施工方法选择不当或工序间安排不合理,各工序拉得较长,一但暴露时间过久,引起围岩松动、风化、招致塌方的发生。
(3)喷锚不及时或喷射混凝土质量、厚度不符合要求,锚杆没有达到设计要求的数量及 间距。锚杆的拉拔力不满足设计要求。
(4)采用钢支撑时,支撑架设质量欠佳,支撑与围岩不密贴,两者间的空隙填塞不密实或 联接不牢固,不能满足围岩压力所需要求。
(5)爆破作业不当,用药量过多。
(6)处理危岩措施不当,引起危岩坠落,牵动岩层坍塌。
从以上原因可以看出,地质因素是坍塌产生的决定因素,加强施工地质工作是避免和防止塌方事故的根本手段,加强地质预报、不断总结经验,就可以避免一些塌方的产生。
2 隧道塌方的一般处理方法
一般的处理原则是先加固,防扩展,后处理的原则,要求处理塌方宁早勿迟,宁强勿弱。实践证实塌方发生后在一段时间内就会趋于稳定,形成自然拱,而自然拱的高度、宽度与普氏平衡拱理论计算结果基本相符,以普氏平衡拱理论(前苏联学者M.M. 普洛托雅克诺夫,简称普氏,以松散理论为基础,认为在松散介质中开挖隧道后,隧道上方将形成抛物线形的平衡拱)和 “新奥法”原理为依据来指导塌方处理经实践证明是行之有效的。对一般塌方可直接进行塌体处理,而对塌体破碎松散、影响范围大的塌方一般分为初期处理与塌体处理两部分。 2. 1 初期处理
(1)封闭塌体,加固塌体后方。普氏平衡拱理论在塌方处理中的重要性在于:表明在一定的地质挑拣下,塌方高度与开挖宽度成正比,也即只要开挖宽度不变,就不会有新的坍塌,应用其塌方高度计算公式计算塌方高度的目的在于,初步判断目前塌方高度是否已达到对应目前宽度的理论计算值,进而判断塌方是否已趋于稳定。由于围岩并不是象普氏理论假设的那样为均质,所以,实际塌方轮廓也不是理想的抛物线形。在定性作出塌方稳定的判断后,也不能排除个别小石块的松动吊落的可能。因此,就有应用 “新奥法”原理处理塌方的另一重要步骤:及时对塌穴作喷混凝土处理,此步骤的重要性不在于喷混凝土本身强度对塌穴的支护作用上,其重要性是,形成平衡拱的围岩本身具有一定自稳能力,但由于围岩的不均质,可能有小石块松动吊落,进而引发较大的坍塌,而喷混凝土附着在围岩表面上,围岩变形就会及时反映在喷混凝土表面上,为准确判断围岩稳定提供强而有力的依据。在塌方后方5-10m 范围采用钢支撑及小导管注浆进行加固。
(2)如塌方塌至地表,则应对塌方漏斗地表进行截水,必要时搭遮雨棚以防地表水灌人塌休内。待洞内处理完毕后,采用土石夯填要略高出原地面,待填土下沉稳定后,用M7.5浆砌片石铺砌。
(3)在塌体后方5-10m范围施作二次模筑衬砌,较稳妥地巩固后方,并及时施工仰拱,使之形成完整的支护体系,以阻止围岩继续变形坍塌。 2. 2 塌体处理
(1)三台阶开挖法
新奥法原理要求软岩地段或塌方段施工始终坚持“弱爆破、短进尺、强支护、早封闭、
勤量测、紧衬砌”的原则。三台阶开挖法,开挖台阶长度为3-5 m,以人工风镐配合挖掘机为主,辅助微弱爆破,出碴采用挖掘机或装载机装,自卸汽车运输;每循环进尺为一榻拱架间距,这样就能在不扰动围岩的情况下安全顺利地通过塌方体。
(2)二次衬砌加强及回填法
因为塌方段衬砌荷载比在未塌前增大,所以衬砌要加强,加强衬砌应优先考虑采用提
高混凝土标号和在衬砌内加钢筋或型钢或钢轨, 以及进一步采取加固稳定塌穴以减小衬砌荷载等措施。回填材料避免采用松散材料,尽可能使回填本身具有自承能力且高度要求为6 m 。
3 安全保证措施
(1)塌方处理过程中,认真贯彻落实 “安全第一,预防为主”的方针,严格按照安全技术操作规程和安全规则组织施工。
(2)加强安全生产管理工作,提高预防能力,消除事故隐患,科学合理组织生产。 (3)实行安全生产岗位责任制,副队长、领工员、安质检及技术人员跟班作业,发现问题及时处理,堵塞漏洞,消除隐患。
(4)施工用脚手架,模板支架,钢架等承重结构,严格按照施工技术交底施作,保证制作质量,满足安全要求。
(5)严格按照施工现场用电要求和用电安全的规程和规定,进行施工现场电力设施的布置和使用,非电专业人员不使用和操纵专业电力机械和供电设施,用电施工机械设施安装触电保护器。
(6)塌方处理现场设置足够的照明设施,并有备用数量,设专人监控施工支护变化情况, 发现隐患及时撤离。
(7)塌方处理严格遵循 “管超前,短开挖, 强支护,快衬砌”的原则。如在开挖过程中需要放炮,必须有副队长以上领导批准。
(8)开挖前,首先由领工员和班长检查隧道工作面是否处于安全状态。如有松动岩石, 立即清除;开挖过程中加强观察,遇有险情,及时采取退避,加固等措施。
3 结束语
通过上述隧道塌方原因分析得知,地质资料不详细和施工不合理是设计方面的主要原因,支护和地质预报不及时是施工方面的主要原因。因此,为了预防隧道塌方,掌握地质情况、进行合理设计并及时采取合理的支护措施是十分必要的。根据岩层的破损程度,采取锚喷支护、网喷支护和组合支护等技术措施可以有效预防隧道塌方。
参考文献:
[1 ] 闫东. 隧道塌方分析及其整治[J].铁道建筑,2007(01).
[2 ] 郭华平,张骏.赣龙铁路隧道塌方整治[J]. 上海铁道科技,2004(04). [3 ] JTJ 042 - 94 ,铁路隧道施工技术规范[ S] .
作者：潘峰 性别：男 出生年月日：1983年 7月26日 学位：学士 职称：助理工程师
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