導(dǎo)語：透析隧道坍方及預(yù)防一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：在復(fù)雜地質(zhì)條件下的隧道施工中經(jīng)常發(fā)生較大的坍方，危害極大，著重闡述隧道坍方產(chǎn)生的原因、處理方法及預(yù)防措施。并運用平衡拱理論，指導(dǎo)和制定塌方處理方案，對同類隧道施工具有一定的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：坍方原因分析；處理；預(yù)防

隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展，國力的增強、人民生活水平的提高，對交通的要求也越來越高。近年來，我國的高速公路、城際鐵路、鐵路客運專線、高速鐵路、城市地鐵、城市軌道交通等得到迅速發(fā)展，隧道及地下工程越來越多。對于隧道建設(shè)而言，通過近兩個世紀的探索，形成了多種設(shè)計理論和工法，如礦山法、淺埋暗挖法、新奧法、挪威法等，這些設(shè)計理論和工法在隧道建設(shè)實踐中發(fā)揮了十分重要的作用；但在具體實踐中也出現(xiàn)了一些問題，尤其是一些坍方事故的發(fā)生，規(guī)模較大、造成了生命和財產(chǎn)損失、影響惡劣。這些事故的發(fā)生，血的教訓，警示人們高度關(guān)注和重視隧道及地下工程的施工安全。

1.隧道坍方的主要類型

隧道或地下洞室在施工過程中發(fā)生的坍方形式是多種多樣的，可以簡單的列出以下一些形式：

1.1根據(jù)施工隧道坍方的地點不同劃分。

1.1.1洞口段坍方：在進洞施工或在進洞一段距離（一般為50~200m）后發(fā)生的坍方。這類坍方因埋深淺、偏壓、邊坡失穩(wěn)等原因會形成洞口滑坡、洞口坍塌，一般會坍至地表。

1.1.2洞內(nèi)工作面坍方：在開挖工作面發(fā)生的坍方。

1.1.3洞內(nèi)工作面后方坍方：距開挖工作面一定距離發(fā)生的坍方，這種坍方又被稱為“關(guān)門坍方”，危害極大。

1.2因施工目的不同劃分。

1.2.1導(dǎo)洞施工發(fā)生的坍方。

1.2.2橫洞施工發(fā)生的坍方。

1.2.3斜井和豎井施工發(fā)生的坍方。

1.2.4開挖避車洞引起的坍方。

1.2.5處理欠挖時引起的坍方。

1.3根據(jù)坍方規(guī)模和形式劃分。

1.3.1整體坍方：往往發(fā)生在軟弱圍巖中，從邊墻或拱腳變形增大開始，進而波及到拱部，從而形成整個隧道坍塌。

1.3.2順層坍方：亦稱為“順層滑坍”，當巖層的層面較光滑，層間結(jié)合力差，或受節(jié)理相交的影響，巖體呈相對破碎狀，在開挖后出現(xiàn)順層的滑移現(xiàn)象。

1.3.3局部掉塊：嚴格地講，局部掉塊不能歸入坍方范疇，因為它沒有引起整體失穩(wěn)。但掉塊可大可小，當大到幾立方米甚至幾十立方米，也稱之為坍方。這類坍方大都因為節(jié)理發(fā)育所致。

2.隧道坍方的原因分析

造成隧道坍方的因素是多方面的，有的是人為因素，有的是非人為因素，有的是由于經(jīng)驗不足，但都可以歸結(jié)為管理原因。大致可以分為兩大類，即自然因素和人為因素。

2.1自然因素（地質(zhì)因素）。

大量工程事實證明，隧道及地下工程施工安全事故（坍方、塌陷）中起決定性的是地質(zhì)因素。在勘探和施工過程中對地質(zhì)情況認識不清，造成施工時出現(xiàn)了坍方：

2.1.1在開挖的過程中，圍巖的地質(zhì)條件發(fā)生突變，如從Ⅲ級突然變化到Ⅴ級圍巖,存在巖層分界面、巖土分界面等不利結(jié)構(gòu)。

2.1.2在隧道施工范圍內(nèi)、或隧道周邊出現(xiàn)的斷層、破碎帶、軟弱夾層、結(jié)構(gòu)不利面、巖層的不整合接觸帶等。

2.1.3出現(xiàn)了特殊的不良地質(zhì)，如膨脹巖、高地應(yīng)力、溶洞、涌水等。

2.1.4地下水。地下水是使隧道圍巖喪失穩(wěn)定的重要原因，其影響主要有三個方面：一是軟化圍巖，軟質(zhì)巖石（土）體受水飽和后，其強度有不同程度的降低。如水浸入泥質(zhì)巖層，能使巖質(zhì)軟化；水浸入無水石膏或以蒙脫石為主要成份的粘土，地層膨脹而對隧道產(chǎn)生極大的膨脹壓力。二是軟化結(jié)構(gòu)面，泥質(zhì)充填或具有軟弱夾層的軟弱結(jié)構(gòu)面遇水后，即發(fā)生液化變軟或填充物被沖走而降低結(jié)構(gòu)面的抗剪強度，使巖體易于滑動。三是承壓水作用，圍巖受到水壓作用后，更易失去穩(wěn)定。

2.2人為因素。

2.2.1設(shè)計因素。

2.2.1.1選線不合理。無論是公路、鐵路，還是城市地鐵，有時過多的考慮到投資等經(jīng)濟因素，線路的選擇和確定不能百分之百從技術(shù)、地質(zhì)、實際功能需求和可行性來考慮，出現(xiàn)一些選線不合理的情況。如果線路不合理，隧道穿越地層就有可能由好地層變?yōu)椴涣嫉刭|(zhì)地段，就容易出現(xiàn)隧道坍方。比如南方某線因線位過低，使一長隧道處在溝谷底部，施工時隧道內(nèi)地下水長流不斷，水量巨大，多次出現(xiàn)突水、涌水和坍方事故，造成工期、成本的巨大損失。另一長大隧道，因考慮投資，將線路標高提高，原來的長隧道變短，但隧道通過的地層由原來較為穩(wěn)定的巖層，變?yōu)橥临|(zhì)地層與含水砂層接觸帶，給施工造成極大困難，造成工期、投資得不償失。

2.2.1.2洞口的位置選擇不恰當，如位于較大的滑動體、斷層之中，或存在偏壓，從而引發(fā)洞口坍方。

2.2.1.3設(shè)計的支護參數(shù)偏小，無法保證圍巖從開挖后到二次襯砌施作這段時間內(nèi)的穩(wěn)定。

2.2.1.4針對特殊不良地質(zhì)地段，設(shè)計上給出的處理措施不當。

2.2.2施工因素。

2.2.2.1選擇不正確的開挖方法，易引起坍方。

一般情況為：開挖面積小于100m??2隧道：Ⅱ、Ⅲ級圍巖一般采用全斷面法開挖，Ⅳ、Ⅴ級圍巖一般采用臺階法開挖。

開挖面積100～200m??2隧道：Ⅱ級圍巖采用全斷面法開挖，Ⅲ、Ⅳ級圍巖采用臺階法開挖、Ⅴ、Ⅵ級圍巖采用CD、CRD法或側(cè)壁導(dǎo)坑法進行開挖。

對破碎、軟弱圍巖或大斷面施工，要采取一些輔助措施配合開挖：上半斷面采用環(huán)形開挖、留核心土，噴射混凝土封閉開挖工作面，設(shè)臨時仰拱封閉成環(huán)；設(shè)超前錨桿、超前管棚、插板、預(yù)注漿加固等措施。隧道滲水或涌水較大情況下，應(yīng)采取較為保守的施工方法。

但施工中經(jīng)常存在：施工方法與地質(zhì)條件不相適應(yīng)，地質(zhì)條件發(fā)生變化，沒有及時改變施工方法，如應(yīng)該采用半斷面開挖而實際采用了全斷面，應(yīng)該采用分步開挖的而實際采用了全斷面或半斷面等等；

一次開挖進尺過長也極易導(dǎo)致坍塌事故的發(fā)生，特別是軟弱破碎圍巖地段，上半斷面應(yīng)一次開挖一榀鋼架，下半斷面Ⅳ級圍巖不超過兩榀鋼架，Ⅴ級圍巖不超過一榀鋼架。以上情況，致使一次開挖跨度過大或高度過高，超出了圍巖自身穩(wěn)定自然拱跨度，使隧道周邊圍巖形成塑性滑移楔體，直接造成坍方或支護結(jié)構(gòu)的剪力破壞；

2.2.2.2選擇不正確的施工方案，易引起坍方。

(1)小間距隧道施工。

未嚴格按小間距隧道設(shè)計規(guī)范進行施工。后行隧道未在先行隧道的模筑襯砌達到設(shè)計強度后進行，且后行的隧道開挖面未滯后先行隧道模筑襯砌不小于50m的距離。這樣左右線隧道在同一橫斷面上同時施工或相距較近，會造成群洞效應(yīng)，引起坍方。

先行隧道開挖支護中存在涌水、涌泥、大變形等地段時，后行隧道必須在先行隧道施作二次襯砌后，且達到設(shè)計強度后方能進行施工。嚴禁在先行隧道未施作二次襯砌前，后行隧道施作注漿、開挖支護作業(yè)，引起先行隧道關(guān)門坍方。

(2)偏壓隧道施工。

隧道建造中存在山體偏壓的情況時，應(yīng)先施工深埋一側(cè)的隧道，可有效減少中間隔墻圍巖的偏向及側(cè)移，明顯降低圍巖塑性區(qū)面積,并有益于支護結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。如先施工埋深較淺一側(cè)，中墻的受力和傾斜均較大，會增加隧道坍塌的風險。偏壓隧道應(yīng)盡早施作洞口段的仰拱，封閉成環(huán)，使隧道整體受力，以減小隧道的偏壓，支護結(jié)構(gòu)剪切破壞，造成坍塌。

(3)洞室、通道與正洞的交叉處的施工。

Ⅳ、Ⅴ圍巖洞室、橫通道與正洞的交叉口處的施工應(yīng)制定專項方案，采取橫梁、套拱等加固方式進行開挖支護。嚴禁正洞鋼架懸空，引起隧道坍塌。

(4)大變形拆換拱架地段的施工。

變形段處理應(yīng)采取前后夾擊的策略，應(yīng)先施作變形段前后的仰拱、二次襯砌，待達到砼強度后，再進行變形段的處理。變形段拆換鋼架必須逐榀拆除，每次拆換一榀，由上至下，每榀封閉成環(huán)，拆除一段（4－6米），襯砌一段。嚴禁多榀拱部鋼架拆換，嚴禁多榀鋼架不封閉成環(huán)的情況發(fā)生。

2.2.2.3施工質(zhì)量問題易造成坍塌事故。

(1)施工過程中存在的工藝操作不符合施工技術(shù)規(guī)范要求，施工管理不到位，質(zhì)量意識、安全意識不強也是造成塌方的另一個重要原因。常發(fā)生的施工質(zhì)量問題有錨桿長度不足；錨桿砂漿不飽滿或強度尤其早期強度不足；噴砼強度厚度達不到設(shè)計要求；鋼支撐未完全由噴射砼包圍密實、鋼支撐與圍巖之間存在空隙、鋼支撐未置于穩(wěn)定堅固的基礎(chǔ)上等。以上質(zhì)量問題直接造成支護抗力未達到設(shè)計要求或圍巖未粘結(jié)緊密使無彎矩結(jié)構(gòu)產(chǎn)生彎矩而導(dǎo)致塌方。

(2)根據(jù)局部地質(zhì)狀況，需要采取超前支護（超前錨桿、管棚、注漿、小導(dǎo)管預(yù)注漿等）措施而未采取，或雖然已采取但其質(zhì)量和效果未能達到要求。

(3)初期支護未按設(shè)計的參數(shù)進行，如錨桿的長度、間距、噴射混凝土厚等，使圍巖的穩(wěn)定性達不到要求。

(4)隧道的爆破設(shè)計有問題，造成對圍巖的擾動過大。

2.2.3管理因素:監(jiān)管不到位。

2.2.3.1未經(jīng)上級技術(shù)部門同意，擅自改變施工方法，如開挖方式、支護方式等。

2.2.3.2不嚴格遵守設(shè)計文件、施工組織設(shè)計、《隧道施工技術(shù)規(guī)范》、《隧道驗收評定標準》的要求和規(guī)定組織施工，達不到“均衡生產(chǎn)、有序施工”的要求。

2.2.3.3安全、質(zhì)量意識淡薄，在施工中存在僥幸心理、偷工減料、弄虛作假等，造成支護質(zhì)量遠遠達不到設(shè)計要求。

2.2.3.4由于不合理工期、不合理造價等宏觀決策，引起施工過程中強行追求進度，造成支護強度達不到應(yīng)有的要求，從而引發(fā)坍方。

2.2.3.5現(xiàn)階段隧道的開挖都以新奧法理論為指導(dǎo)，但在實際施工中，常存在未能按規(guī)定進行量測，或信息反饋不及時，導(dǎo)致決策失誤、措施不力而造成塌方的現(xiàn)象。未通過施工中對圍巖和支護結(jié)構(gòu)的動態(tài)觀測，合理安排施工程序，修正不合理的設(shè)計和進行日常施工管理而出現(xiàn)坍方。

3.塌方的處理依據(jù)

塌方的處理必須建立在對塌方正確認識的基礎(chǔ)上，塌方處理方案的制定如同戰(zhàn)斗方案的制定，如果方案不當或失敗，不但導(dǎo)致更大的經(jīng)濟損失，而且可能造成人員傷亡，故一般的處理原則是先鞏固后方，防止塌方擴大，然后以安全的后方為依托或掩護再向前進行處理。經(jīng)驗認為塌方發(fā)生后在一定時間內(nèi)就會趨于穩(wěn)定，形成自然拱，而自然拱的高度、寬度與普氏平衡拱理論計算結(jié)果基本相符。

3.1普氏平衡拱理論。

前蘇聯(lián)學者M•M普洛托雅克諾夫（簡稱普氏）以松散理論為基礎(chǔ)，認為在松散介質(zhì)中開挖隧道后，隧道上方將形成拋物線的平衡拱，平衡拱高度h為：

h=b/fm(m)

式中：b平衡拱的半跨度（m），fm巖石堅固性系數(shù)。

土層：fm=tgφ；巖石：fm=R/10。

其中：φ土的摩擦角；

R巖石的抗壓極限強度(MPa)，取值應(yīng)考慮巖石天然層理、裂隙及節(jié)理的影響。

在隧道側(cè)壁穩(wěn)定時，即拱部塌方時，平衡拱寬度就是開挖寬度，即b=bt（圖1）

當側(cè)壁不穩(wěn)定時，平衡拱寬度為：b=bt+Ht•tg（45°-φ/2）

式中：Ht隧道凈高（m）；bt隧道凈寬之半（m）（圖2）。

3.2塌方穩(wěn)定分析及處理。

對塌方后的穩(wěn)定情況能否做出正確的判斷是制定處理方案的關(guān)鍵，否則，不是冒險就是加大投入。一般情況下塌方發(fā)生后1～2天就基本穩(wěn)定，除個別掉小塊外，不再有大的坍塌，這時可根據(jù)工程地質(zhì)資料及試驗結(jié)果，確定巖石堅固性系數(shù)，再根據(jù)開挖情況，即可按平衡拱公式確定塌方高度，與現(xiàn)場對照，如果計算與實際基本相符，則說明塌方已經(jīng)基本穩(wěn)定，否則就要慎重對待。

經(jīng)過平衡拱穩(wěn)定分析，確定塌方穩(wěn)定后，即可著手進行處理，處理坍方的一般步驟如下：

3.2.1第一步：坍方較小時，對塌穴進行噴射砼封閉處理。噴砼后，即使塌穴有危石或個別坍塌亦會及時發(fā)現(xiàn)，噴射砼在圍巖面形成一保護層，亦是判斷塌方穩(wěn)定與否的最有效、最直接的參照或依據(jù)。塌穴初噴穩(wěn)定后，可采用鋼筋網(wǎng)、鋼筋籠對塌穴進行噴砼回填。如坍塌較大，坍穴未外露，可直接實施第二步。

3.2.2第二步：對坍塌體進行加固處理。

在未坍塌隧道地段的坍塌體上施作套拱，施作超前大管棚并注漿對坍塌土體進行加固。有條件從地表對坍塌體加固的，可采用地表袖閥管注漿等注漿方式對坍塌體進行加固。

3.2.3第三步：在超前支護保護下施作初期支護。對坍塌體的開挖可優(yōu)先采用CRD法（四步或六步根據(jù)斷面大小確定）進行開挖。施作初期支護時考慮適當?shù)念A(yù)留沉降量，即將斷面適當放大。同時預(yù)埋注漿或回填砼的導(dǎo)管。待初支成環(huán)后，即可對坍塌空洞注漿或泵送砼進行回填。泵送砼回填時，應(yīng)分次進行回填，以防止砼自重壓跨初期支護。應(yīng)根據(jù)坍塌體的大小計算回填量，第一次可在初支背后形成30～50cm的護拱，待砼有一定強度后方可進行再次回填作業(yè)，直至坍塌體被回填密實為止。

3.2.4第四步：施作永久支護結(jié)構(gòu)——二次襯砌。

4.隧道工程坍方的預(yù)防及施工安全措施

4.1設(shè)計階段。

4.1.1學規(guī)劃、合理選線。

4.1.2嚴格勘探、摸清地質(zhì)。

發(fā)生坍方概率較多的是地質(zhì)較差的斷層破碎帶及淺埋偏壓地段，因此摸清地質(zhì)情況是確保隧道及地下工程施工安全最關(guān)鍵、最重要的環(huán)節(jié)，很多隧道坍方都是地質(zhì)因素起決定性作用的?？辈靻挝灰岣呖辈炀_度，充分探明工程水文地質(zhì)條件，調(diào)查周邊環(huán)境情況，確保勘察數(shù)據(jù)真實可靠；在勘察報告中要對復(fù)雜地質(zhì)條件和周邊環(huán)境及其可能給工程造成的危險，作出重點說明。設(shè)計單位要嚴格執(zhí)行工程建設(shè)強制性標準，確保設(shè)計質(zhì)量；在地形、地質(zhì)條件復(fù)雜，可能發(fā)生滑坡、坍塌的工程中，要在設(shè)計方案中作出專門的安全防護考慮，才能有效預(yù)防坍方。

4.1.3統(tǒng)籌考慮、精心設(shè)計。在每個設(shè)計階段都有相應(yīng)的具體工作內(nèi)容和要求，按設(shè)計規(guī)范要求，精心設(shè)計。需要值得注意的是隧道及地下工程還要強調(diào)動態(tài)設(shè)計，即施工設(shè)計完后不是一成不變的，要根據(jù)施工監(jiān)測獲得的信息，及時進行數(shù)據(jù)處理和反饋，修改設(shè)計、調(diào)整4.2施工階段。

隧道施工應(yīng)從以下四個方面采取措施預(yù)防坍塌事故的發(fā)生：

4.2.1合理的施工方案。

對于隧道應(yīng)認真核對實際的工程水文、地質(zhì)、地貌、環(huán)境情況。根據(jù)現(xiàn)場實際制定隧道進洞專項施工技術(shù)方案。隧道施工專項方案應(yīng)組織進行內(nèi)部評審，必須由項目領(lǐng)導(dǎo)、技術(shù)部門、施作人員共同參加，在不同角度進行充分研討，達成高度共識，形成符合現(xiàn)場實際、適合隊伍作業(yè)特點、合理的施工方案。

4.2.2鐵的施工紀律。

方案一旦確定，作業(yè)層必須不折不扣執(zhí)行，不得隨意更改。如確需變更，需征得總工同意后方可實施?，F(xiàn)場施工時要嚴格控制爆破進尺，特別是軟弱破碎圍巖地段，Ⅳ級圍巖不準超過兩榀鋼架，Ⅴ級不超過一榀鋼架。盡可能減輕對圍巖的擾動，最大限度維持圍巖的原始狀態(tài)。

施工步距必須控制在合理的范圍內(nèi)：仰拱要及時施作，一次開挖長度不得超過1倍洞徑，且及時封閉成環(huán)。仰拱距掌子面距離Ⅲ級圍巖不超過90m，Ⅳ級圍巖不超過50m，Ⅴ級及以上圍巖不超過40m。

現(xiàn)場施工管理人員、安檢或質(zhì)檢工程師應(yīng)加強對施工技術(shù)標準實施情況的監(jiān)督檢查。有權(quán)監(jiān)督現(xiàn)場是否按設(shè)計、按標準施工，對違反規(guī)定進行施工的有權(quán)責令停工。凡發(fā)出的關(guān)于防止坍塌、確保安全、確保質(zhì)量等方面的指令，必須認真執(zhí)行。有不同意見的應(yīng)先執(zhí)行而后上報裁決。對拒絕執(zhí)行指令的人員，要負全部責任并進行責任追究。施工中，只有杜絕施工紀律的“自由化”，做到令行禁止，才能嚴格按設(shè)計和技術(shù)規(guī)范進行施工，防止隧道的坍塌。

4.2.3信息化的施工監(jiān)測手段。

隧道塌方的原因多種多樣，但地質(zhì)因素是決定性的，因此預(yù)防隧道塌方的根本措施是加強工程地質(zhì)及水文地質(zhì)工作。包括運用先進的科技手段對圍巖穩(wěn)定性進行探測、預(yù)報、分析等工作，為設(shè)計提供依據(jù)、指導(dǎo)現(xiàn)場施工。有效的方法是對洞內(nèi)應(yīng)進行地質(zhì)超前預(yù)測預(yù)報，如物探和鉆探等，探明前方的地質(zhì)情況，進行分析判斷圍巖等級后指導(dǎo)施工和修改設(shè)計，以防突發(fā)性的坍方。

監(jiān)控量測是確保隧道安全施工的一種重要手段。在隧道施工中，成立專業(yè)的監(jiān)測組，通過對圍巖和支護的變形、受力等的量測，提供信息指導(dǎo)施工和修改支護參數(shù)。尤其對初期支護的監(jiān)控量測更為重要，及時發(fā)現(xiàn)問題及時解決，以防初期支護的破壞導(dǎo)致坍方。

4.2.4及時的二次襯砌。

二次襯砌使圍巖和支護結(jié)構(gòu)形成一個整體，從而提高支護體系的安全度。原則上二襯施作，距掌子面Ⅰ、Ⅱ級圍巖不超過200m，Ⅲ級圍巖不超過120m，Ⅳ級及以上圍巖不超過90m，但前方如有險情可及時跳段進行襯砌，靈活掌握。二次襯砌更多的作為隧道的安全儲備，及時的施作可有效確保隧道安全，避免坍方的發(fā)生。

5.結(jié)束語

隧道坍方往往會造成人員傷亡和巨大的經(jīng)濟損失，施工過程中一定要把坍方防治作為一項重要工作來抓。只要對隧道的客觀條件，特別是地質(zhì)條件，有充分的認識，嚴格按設(shè)計和技術(shù)規(guī)范進行施工，做到“精心設(shè)計，精心施工”，隧道圍巖坍塌，是可以防止的。發(fā)生圍巖坍塌的技術(shù)原因與管理原因并存，但管理原因大于技術(shù)原因。從技術(shù)和管理兩個方面而言，應(yīng)在管理上下更大的功夫。在坍方的處理過程中，要認真分析坍方的原因，制定科學可行、便于施工的處理方案，及早處理，不留后患。

參考文獻：

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