黄土隧道地质灾害预报及防塌应急处理

浅谈黄土隧道常见的工程地质灾害及其防治措施摘要黄土是西安地区所特有的土体，其表现出的特殊工程特性，对工程结构物危害大，特别是在黄土隧道修建过程中，塌方和湿陷是两种最常见的地质灾害。

黄土地层中的水对隧道的影响举足轻重，围岩中水的作用是黄土隧道设计、施工时的重点研究内容和关注对象。

因此，加强防排水以及及时合理衬砌是黄土隧道施工过程中预防地质灾害的有效措施。

关键字黄土隧道；湿陷；塌方；灾害防治1 黄土的工程特性对隧道工程的影响1.1 黄土的湿陷性湿陷黄土【1】在自重压力或外力荷载压力不变时，受水浸湿后结构迅速破坏，产生急骤显著附加下沉，从而引起地面的变形和建筑物破坏；湿陷性由湿陷系数、自重湿陷量、总湿陷量等指标【2】表征，宏观表现为浸水后沉降量显著增大。

我国湿陷性黄土的分布面积约占全国黄土分布面积的60%左右，大部分分布在黄河中游地区的关中、陕北、宁夏、豫西、陇东及陇中的黄土高原地区，面积达27万km2。

黄土的疏松多孔结构，尤其是结构性孔隙是黄土湿陷性的必要条件；黄土中的不抗水粒间胶结是黄土湿陷性的充分条件；遇水浸泡后黄土胶结削弱强度降低，并且其削弱程度随水量的大小成比例变化，极易产生湿陷、呈饱和流塑状态，从而减弱甚至丧失承载和自稳能力。

这是黄土湿陷性的本质。

1.2 黄土的击实性黄土击实性是指黄土在一定外力冲击作用下密度、含水量、强度等物理力学性质随冲击强度而变化的特性。

一般冲击强度大时密度增大、含水量降低、强度提高。

改变击实功，最优含水量和最大干密度也发生变化，击实功大能客服更大的摩擦阻力，所以最大干容重增大而最优含水量降低。

黄土的孔隙率在50%左右，按照孔隙的大小、形状、数量以及连通性等方面，黄土中的孔隙被分为微孔隙、小孔隙、中孔隙和大孔隙【3】。

其中，微孔隙形成于胶结物中，杂乱分布，连通性差，透水性弱，主要是胶结物孔隙；小孔隙均为粒间孔隙，小孔隙由骨架颗粒相互穿插，紧密排列组成，又称为镶嵌孔隙，含少量胶结物孔隙；小孔隙和微孔隙在黄土沉积时形成，由骨架颗粒群形成的架空孔隙，数量较多，对骨架颗粒的稳定起着主要作用；中孔隙由骨架颗粒相互支架构成，数量多，为颗粒的变位提供了空间，连通性好，透水性强，是黄土产生震陷的主要原因，又称为支架孔隙；而大孔隙主要在黄土沉积后成岩过程中由生物作用形成，呈管状或不规则状，数量少，主要是黄土中次生的根洞、虫孔、鼠穴、节理【4】和裂隙以及溶蚀孔洞。

摘要：以秦东黄土隧道塌方为例，分析了隧道塌方的原因，包括工程地质和水文地质、隧道结构断面、隧道支护结构、隧道围岩压力以及隧道施工工艺等，介绍了所采取的处理措施，总结了黄土隧道施工的经验。

这对于相同类型的隧道施工以及塌方事故的预防都具有一定的参考意义：隧道施工具有安全隐患多、施工危险性大的特点，而黄土隧道因缺乏成熟的设计理论和足够的施工经验，安全隐患更多、施工危险性更大。

本文通过对秦东隧道塌方处理实例的分析和总结。

提出了相关的处理方法，以供大断面黄土隧道安全施工借鉴。

1工程概况秦东隧道是郑州至西安铁路客运专线重点隧道工程之一，全长7 684 m，开挖断面面积163 m2，洞室最大宽度15．18 m、最大高度13．32 m，为目前国内黄土隧道之最。

隧道起迄里程：DK333+312～DK340+996，其中隧道进口DK333+390(明暗分界)～DK333+465段采用“双侧壁导坑法”施工。

DK333+465~+500段采用“CRD法”施工。

CRD 法如图1所示。

隧道施工至DK333+487时，DK333+470～DK333+487段中隔壁右侧在无明显征兆的情况下突然坍塌。

塌方后，中隔壁喷射砼局部开裂，部分钢支撑发生变形，左侧相邻段喷射砼开裂，洞顶正上方地面形成一个长22 m、宽16．2 m、深2~5 m的陷坑，且周边地表有多处裂缝。

2地质水文情况2．1地形地貌隧道所经区域主要为黄土台塬区及黄河阶地区两大地貌单元，隧道进口段位于黄河Ⅱ级阶地区。

隧道进口DK333+390(明暗分界)～DK333+500段埋深约7~26 m，中线与山体斜交，具有浅埋、偏压特点。

隧道洞口坡面黄土冲沟较发育，洞顶均为荒地、坡地，植被稀疏。

地下隐藏的古墓较多。

DK333+465正上方上有一弃用的蓄水池。

2．2工程地质黄河Ⅱ级阶地表层为第四系上更新统风积的砂质黄土所覆盖，下伏上更新统冲积砂质黄土。

(1)第四系上更新统风积砂质黄土：厚度10~18 m，坚硬—硬塑，Ⅱ级，δ0=150 kPa。

黄土隧道的主要地质灾害类型及防治方法摘要：黄土隧道具有明显的黄土工程特性，在干燥时, 黄土的强度较高, 但遇水后联结削弱强度降低，使得黄土具有湿陷性等特殊工程地质特性; 物理地质作用、地震作用、水作用和综合作用产生黄土隧道主要工程地质灾害; 水对黄土具有特殊的意义。

关键词：黄土隧道工程地质灾害含水量0 引言中国黄土分布面积大、范围广，具有特殊成分和工程地质特性。

近年来随着国家基本建设力度的加大和西部大开发的深入, 在原有铁路隧道的经验基础上, 陆续修建了一些高等级黄土公路隧道、铁路隧道,因此有必要研究黄土隧道可能产生的工程地质灾害,为隧道设计、施工提供新的依据，从而提供有效的施工工艺方法。

西河口隧道左线ZK7+582～ZK7+690全长108米，右线K7+615～K7+720全长105米，隧道设计为三车道大断面隧道，设计速度为100公里/小时，汽车荷载等级为公路—Ⅰ级。

围岩以粉土和沙卵石为主，左线洞体埋深2.3～18.3米，右线洞体埋深3.7～20.4米，隧道下穿目前保存完好，属于国家一级保护文物的明长城。

因此对隧道施工而引起的地层沉降有着严格要求。

本文主要对黄土隧道可能受到的主要灾害分析并介绍其防治方法，以保障施工安全与文物的完好无损为最终目的。

1黄土道路隧道的主要工程地质灾害1.1物理地质作用产生的灾害物理地质作用是指塑造地壳面貌的自然地质作用, 包括内力与外力地质作用。

黄土区物理地质作用主要有: 构造运动, 剥蚀, 搬运, 沉积作用等。

在黄土地区修建道路隧道, 或多或少会受到物理地质作用并产生一定的工程地质灾害, 概括起来主要有:1.1.1塌方, 塌顶, 坍洞黄土垂直节理发育, 彼此在水平方向的连接力较弱, 黄土隧道一般按疏松石质隧道的普氏理论计算、设计。

在干燥时, 黄土的强度较高, 衬砌受力较小; 遇水后颗粒联结力削弱, 黄土强度随之降低, 此时极易引起衬砌受力不均匀,成为偏压隧道, 造成塌方等地质灾害。

黄土隧道塌方原因分析及预控措施中交一航局铁路工程分公司周杰摘要：本文就黄土本身的特性及施工管理方面的因数分析，浅析黄土隧道塌方的预控措施。

关键词：黄土隧道塌方预控措施一、黄土自身的特性造成黄土隧道塌方的主要因素1.黄土节理黄土常具有各方向的构造节理，有的原生节理呈X型，成对出现，且有一定的连续性。

在隧道开挖时，土体容易顺着节理张松或剪断。

如果此种地层位于隧道顶部，则极易产生“塌顶”；如果位于侧壁，则易出现侧壁掉块，若施工中处理不当，可能会引起较大的塌方。

2.黄土冲沟在黄土冲沟或源边地段施工时，往往由于受冲沟构造和地表水侵蚀影响较严重，当隧道覆盖层较薄或存在较大偏压时，容易发生较大的坍塌或滑坡现象。

3.黄土洞穴与陷穴黄土洞穴与陷穴是黄土地区经常出现的不良地质现象。

当隧道位于其上方时，可能出现基础下沉的危害；当隧道位于其下方时，可能会出现冒顶的危险；当隧道位于其邻侧较近时，则可能因承受较大偏压而出现坍塌。

4.地下水的影响黄土在干燥时一般具有较高的强度和承载力，但当其受水浸湿后，则强度会急骤下降，出现不同程度的湿陷性，产生下沉，极易导致坍塌。

5.湿陷性黄土对隧道最不利的影响是其湿陷性，遇水后黄土的强度显著降低，并产生湿陷性，极易导致隧道基础沉降，引起衬砌开裂等病害。

二、施工管理造成黄土隧道塌方的主要因素1、未能按三台阶法施工目前黄土隧道施工采用的方法一般为三台阶七步流水法和三台阶临时仰拱法，对于湿陷性黄土及富水黄土隧道，需采取三台阶临时仰拱法施做，施工过程中要严格控制施工步距，如果不能严格施工工法，采用长台阶法施工，作业循环时间长,土体暴露时间过长,容易造成仰拱到掌子面之间出现塌陷。

2、未能按设计要求进行超前支护掌子面开挖前应按设计要求进行超前支护，超前小导管或大管棚必须施做，如果未能按照设计要求施做，容易造成掌子面开挖过程中掉块、坍陷现象。

3、仰拱一次开挖过长、未能及时封闭黄土隧道施工中要严格仰拱开挖进尺，一次开挖长度为2--3米，并及时做好初期支护，使仰拱开挖后尽早成环，如果一次开挖过长或开挖后未能及时成环，会造成已开挖仰拱部位不能承受土体压力而塌陷。

黄土隧道施工防止坍塌措施1. 在黄土质砂粘土及新黄土浅埋地层，如洞口段、沟谷段、偏压段，应采用超短台阶开挖，随挖随支，衬砌紧跟，尽量缩短衬砌与开挖距离，减少围岩暴露时间，以安全通过为主要目的。

2.黄土隧道超前支护很重要、尤其是超前小导管一定要施作到位，对应力的变化有一定作用。

3 .黄土隧道施工时应当及时发现一些隐患，如地表对线路有影响的陷穴、陷坑应当及时回填; 对地形偏压、人工回填土层等时应谨慎施工，洞内施工时应当严格按照施工图进行施工。

4. 对位于软塑层上的隧道应当及时施做仰拱和封闭钢架，并在施工期间加设横撑，尤其是隧底部分，防止钢架内移失稳造成坍塌。

5. 在施做支护时，钢架基底应平整压实，设混凝土垫块或槽钢。

6 .黄土隧道施工中应当及时初喷，及早约束围岩早期变形，在变形未完成时进行初喷，将变形控制在允许范围以内。

7. 做好超前地质预报，并按要求进行各项监控量测工作。

如果发现异常应当及时通知设计单位，以对支护参数进行调整。

8. 当隧道含水量较大时，应当及时提请设计会勘，采取相应的工程措施。

9 .对已产生塌方的隧道，塌方段衬砌背后空洞必须回填密实，衬砌厚度必须按设计要求施做，以防止留有隐患。

10. 埋深较大及含水量较大的黄土隧道，不能拆模过早，并要定期检查衬砌拱架和模板台车的刚度，防止因其变形影响衬砌开裂。

11.要勤观察地表、地形、地貌的变化、经常核对地质情况、发现问题、及时修改施工方法。

12黄土隧道施工一定要严格程序，尤其是施工程序与管理程序。

综上所述，黄土隧道施工中，业主、监理、设计与施工必须密切配合，确实做到短开挖，强支护、衬砌紧跟，软弱地层应当及时成环，仰拱先行。

严格按照设计要求施工，努力做到在施工期间不塌方，竣工后衬砌不开裂，软弱地基不翻浆、验交后不返工。

黄土隧道施工防止坍塌措施引言大型隧道工程是国家工程的代表，也是一项具有投资大、周期长、难度高的工程，其建筑过程中可能会发生各种各样的地质或技术困难，而其中最为关键的是施工过程中出现的坍塌问题。

本文将针对黄土隧道施工时坍塌问题, 从隧道工程地质、结构设计、勘探等方面阐述预防措施和控制技术，以保证黄土隧道工程的施工安全性。

预防措施洞口封闭在进行隧道施工前，对洞口进行有效封闭，可以减少洞口周边地质条件变差的可能性，减少地质灾害的发生。

同时关注洞口周边的地质变化情况，如有明显地质变化，应及时采取措施，避免发生地质灾害。

推进方式对于黄土隧道的推进方式，采用“开挖一段、支护一段”的施工方式比较安全有效。

开挖后对隧道内壁进行及时支护，防止因黄土松散而引起的塌方和局部坍塌，从而确保微隧道的支撑力和稳定性。

支护形式在隧道内部设置支护结构，可有效防止黄土隧道在施工期、运营期加速塌陷，保障施工作业人员的安全。

目前，常用的支护形式包括预应力锚杆加注浆体支护法、钢木支护法等。

控制技术位移监测在黄土隧道施工期间，定时进行隧道内部各支护体的位移实时监控，准确掌握施工现场情况，及时预防发生危险的地质灾害。

常用位移监测仪器包括位移计、钢筋应变计等。

防水措施黄土隧道施工过程中，地下水量较大，使用防水措施可有效降低地下水对隧道施工带来的不良影响。

这些防水措施包括使用防水膜、施工坝封、注浆等处理。

排水技术对于位于黄土区的隧道，施工过程中会遇到较多的地下水，应采取排水措施，以减少因为过度积水导致的施工危险和坍塌风险。

常用的排水手段包括泵水、井筒定期排水等。

结论在建设黄土隧道时，需要充分认识黄土隧道的地质特点，制定合理的施工计划并严格执行相关规定，选择适合的支护方式和控制技术，同时有效清理洞口周边和隧道内部杂物，保持施工现场的整洁和通风。

只有这样，才能达到良好的工程质量，保护人员施工作业的安全。

隧道塌方预防监控措施和应急预案
一、监控措施
1、建立工程安全管理规定，健全管理机制，定期检查工程进度，查看施工技术施工质量，确保工程安全。

2、完善检测设备，安装国家规定或行业标准的探测设备，定期对隧道温度、湿度、压力、振动进行检测，及时发现问题，避免发生塌方。

3、监控工程抽水，厌氧抽水，若出现渗水及岩体破坏时，应及时采取措施，关闭工程，避免发生塌方事故。

4、组建专业技术团队，全程把控施工质量。

5、及时对施工建筑物进行维护，确保环境安全。

6、定期检查隧道周围地形及地质条件，及时发现变化，及时采取措施，防止发生塌方。

7、安装及时防护系统，如雨水流量、地震报警等，及时警报，预防发生塌方。

二、应急预案
1、建立应急预案，实行安全责任制，对可能发生塌方的工程组织专家评估，及时发现问题，采取有效措施，预防发生塌方。

2、严格施工现场管理，严格执行安全技术操作规程，定期检查、检修等防止发生塌方。

3、制定防灾预案，制定应急处置措施，严格执行，定期演练，准备应急救援物资，随时应对可能发生的塌方情况。

黄土隧道施工注意事项和应对措施汇报人：2023-11-16•施工前的注意事项•施工过程中的注意事项•特殊情况下的应对措施•安全管理与培训目录01施工前的注意事项在勘察阶段，应充分了解黄土的物理性质、化学成分和结构特征，为后续设计提供基础数据。

勘察设计了解黄土性质根据黄土分布和工程要求，合理选择隧道的位置和走向，确保施工安全。

确定隧道位置在设计阶段，应根据黄土的物理和力学性质，合理选择隧道的支护方式，确保隧道结构的稳定性和安全性。

考虑支护方式通过地质勘察，详细了解隧道所处地质条件的复杂性，为制定施工方案提供依据。

详细了解地质条件确定不良地质情况测试土壤力学性质在勘察过程中，应识别出可能存在的不良地质情况，如软土、滑坡等，制定相应的应对措施。

通过试验和测试，了解隧道范围内土壤的力学性质，如抗剪强度、压缩模量等，为设计提供依据。

03地质勘察0201根据地质勘察结果和隧道设计要求，选择合适的施工方法，如暗挖法、明挖法等。

确定施工方法根据所选施工方法，制定详细的施工流程，包括开挖、支护、排水等环节，确保施工顺利进行。

制定施工流程在设计阶段，应考虑施工的组织和管理，合理安排人员、设备和材料等资源，确保施工效率和质量。

考虑施工组织施工方案设计02施工过程中的注意事项挖掘机配合在掌子面采用挖掘机进行开挖，保证开挖面的平整度，有利于后续工序的进行。

控制爆破在黄土隧道开挖过程中，应采用控制爆破技术，减少对围岩的扰动，提高施工安全性。

测量监控定期进行隧道净空测量和围岩变形监控，以便及时调整施工方案。

隧道开挖支护与衬砌防水层施工在衬砌前应铺设防水层，防止隧道渗水，提高结构安全性。

衬砌厚度与材料选择根据设计要求，合理选择衬砌厚度与材料，确保隧道结构的耐久性与安全性。

初期支护在开挖后应及时进行初期支护，采用喷射混凝土、钢拱架、钢筋网等措施，确保围岩稳定。

在隧道内应设置通风设施，确保空气流通，降低有害气体浓度，保障作业人员健康。

浅论黄土隧道坍塌治理和预防一、工程概况齐家寨2#隧道是陕西省榆林至商州线神木至府谷高速公路的重难点工程之一，隧道设计为分离式双向6车道，设计时速80km/h，开挖断面面积170.4m2，洞室最大开挖宽度17.32m、最大高度12.19m，为目前（2010年）国内在建开挖断面最大的黄土隧道之一，隧道左线全长445m，右线全长440m，起迄里程：LK48+815-LK49+260、RK48+830-RK49+270。

隧道地处毛乌素沙漠与黄土高原过渡地带的东南部，海拔在1100-1300m之间，地貌主要为黄土粱峁—沟壑亚区，地表植被稀疏，地质灾害较发育，岩土主要为Ⅲ级（严重）—Ⅳ（很严重）自重湿陷性黄土，对施工影响极大。

气候方面春冬两季严寒大风，年最低气温为-30℃，每年有效施工时间为4-10月份。

二、坍塌过程简述K48+985-RK49+170段为Ⅴ级围岩浅埋段，设计开挖方法为双侧壁导坑法，隧道在RK48+990-RK49+125段穿越一“Ⅴ”形冲沟，洞顶最小埋设为4.8m。

2009年11月3日，在开挖至RK49+035处时，右导洞拱顶部位形成约1m的塌腔，隧道上半断面高度6m。

11月5日，RK49+035掌子面处出现涌土，洞顶出现一个直径约12m，深约6m的漏斗形塌腔，洞内初期支护未出现明显变化。

三、坍塌原因分析（1）掌子面处全部为粉状黄土，含砂量较大，含水量小，土体自稳性极差；（2）从坍塌前得监控量测数据来看，并未反映出明显的坍塌征兆，因此，隧道埋深较浅，开挖过程中扰动较大，是造成本次短时间内出现了坍塌的主要原因。

（3）掌子面处为土石风界面，土石分界面处于开挖断面中部，并以约45°方向斜向右侧延伸，分界面以上为粉状黄土，以下为中风化砂岩。

（4）由于大断面黄土隧道施工经验不足，施工人员主观上对黄土的熟悉不足。

缺乏对这种突变性情况的预见性，也是发生塌方的间接原因。

因此，可以说此次塌方应是在多种因素共同作用下，造成的忽然失稳，很难有较为切实可行的预防措施。