隧道施工塌方原因及处理措施探析

浅谈隧道坍塌的原因分析及处理

摘要：隧道坍塌一旦出现就会严重影响工作面的施工安全，必须立即进行处理，以防危害增大。隧道坍塌的原因是多方面的，本文从自然、设计、施工方面分析了其形成的原因，提出坍塌的处理原则，并以某隧道某次坍塌事故为例分析了其成因和处理措施，望对类似事故的出现提供处理借鉴。

关键词：隧道坍塌；原因分析；处理

一、隧道坍塌的原因分析

（一）未预测地质变化

隧道地质条件变化快，没有及时进行超前地质预报，没有有效掌握围岩变化情况，所以隧道开挖时释放了围岩的应力,围岩会产生大的位移，致使出现塌方。

（二）地下水丰富

隧道在施工过程中围岩大面积出现涌水，没有有效的控制和排除，当隧道围岩破碎、自稳性差时就会出现塌方。

（三）设计因素

隧道工程设计方法主要有工程类比法、理论计算法及现场监控法等，这些方法又以工程类比法运用得最为广泛。在设计过程中若对围岩判断不准或情况不明，从而设计的支护类型与实际要求不相适应，也是导致施工中产生松驰坍塌等异常现象的原因，且设计中的地质勘查资料详细与否也是造成施工塌方事故产生主导因素之一。

（四）施工因素

1、采用施工方法和措施不当

施工中经常存在：施工方法与地质条件不相适应，地质条件发生变化，没有及时改变施工方法；施工支护不及时；地层暴露过久，引起围岩松动、风化；忽略了围岩的变形规律，围岩的变形同时具有连续变形和突然变形的特征。当开挖距离小于D（D 为隧道开挖宽度）时，围岩两端由于受到二次衬砌砼和开挖掌子面支撑的约束作用，连续变形很小，主要是爆破后的受震动影响的突然变形，而且在这个距离范围内由于衬砌和开挖面支承的“空间效应”的影响，即使初期支护抗力不足围岩滑移力亦不至于失稳，当这个距离为1.5D～3D 时，“空间效应”的影响完全消失，初期支护抗力小于滑移力的问题即刻暴露出来，围岩急剧变形，极易引起塌方。

浅谈隧道施工局部塌方原因分析与处理方案

周先仓

（安徽省高等级公路工程监理有限公司，安徽 合肥 230022）

摘 要：本文着重介绍了绩黄高速佛岭隧道施工洞口仰坡塌方、洞口浅埋段冒顶塌方、洞内拱顶局部塌方的原因分析和处理方案，目的能在以后的隧道施工中有一定的借鉴意义。

关键词：隧道塌方；原因分析；处理方案

1.佛岭隧道主要地质特点

佛岭隧道为左右分离式曲线特长隧道，位于黄山市歙县境内的佛岭山脚下，是安徽省在建高速公路绩（溪）黄（山）高速公路的重、难点工程，是安徽省境内目前最长的公路隧道，隧道全长3904m，隧道起点里程为：ZK24+459，YK24+516，终点里程为：ZK28+163，YK28+420。根据地质勘测，佛岭隧道的地质状况较差，隧区有五条大断层穿越，断层使围岩级别降低，破碎带处为Ⅴ级，影响段为Ⅳ级，易产生洞顶坍落、冒顶，成洞条件差；隧道进口段和出口段，节理裂隙及风化裂隙极为发育，岩体呈碎裂状，局部呈散体状结构，隧道施工开挖切削原有山坡和山体，破坏其原有平衡，易造成落石、掉块及坍塌；隧道进出口于山体一侧通过，特别是左线出口处发育一小冲沟，地形较陡，隧道右线出口段在此穿越，易由隧道拱肩覆盖层厚度差异过大而形成偏压，加上该段本身位于出口浅埋段，隧道施工过程中极易发生冒顶、塌方等事故。

2.佛岭隧道洞口仰坡塌方处理

2.1设计仰坡防护情况

佛岭隧道右洞出口仰坡设计为4米锚杆（锚杆型号Φ22，间距2×2米），外加挂网喷射10cm厚C20砼（φ8圆钢，网格间距20×20cm）形式，仰坡刷坡坡率为1：0.5。

2.2塌方情况及原因分析

佛岭隧道出口端右洞于2008年11月24日开始进洞施工，进洞开挖方式采用环形开挖预留核心土，2008年11月26日凌晨五点半，进洞左侧仰坡开始出现裂纹，仰坡外截水沟底部同时开裂，裂缝将近约1厘米，环长约3m，为防止仰坡继续开裂，及时对仰坡进行喷射砼封闭处理，并派专人对仰坡进行观察，密切观察围岩动态，上午九点半仰坡面继续失稳，截水沟处裂缝也开始扩张，并延伸至全断面仰坡范围，十点十分，进洞左侧仰坡面开始塌方，塌方持续至十一点四十分，塌方面积约六十平方米，塌方深度最深处超过四米，同时右侧套拱向洞外位移约8cm（见图一、图二）。分析认为，出现塌方主要是因为仰坡围岩较差，岩层风化严重，有夹泥层，充填物为粉质粘土；仰坡上部松散土层覆盖较厚，自稳性较差，同时由于施工期间雨水较多，夹泥层进水，加上进洞前后施工（包括中管棚钻孔）对仰坡土体产生了扰动，而设计边坡坡率较小，造成洞口仰坡失稳塌方。

实例论述隧道施工中的塌方处理措施

1、工程概况

某道为中隧道，左、右线分离布设。长度为793.5m；鸦髻岭隧道进出口段各有一段小净距，左线小净距隧道设计里程长445m；右线小净距隧道设计里程范围为长509m。中间岩柱厚度范围在18.2m～25.6m之间，其余为正常间距。目前塌方位置中間岩柱厚度约34m，属于正常间距。隧道左线最大埋深约96m，右线最大埋深约102m。左、右线隧道一端位于直线上，另端位于R=2350m的圆曲线上，左、右线隧道均采用人字坡，最小纵坡分别为0.32%及0.38%，根据路线设计要求，左线隧道出口段路面设置3%反向超高；右线隧道出口段路面设置3%正向超高。

1.1地质概况

（一）地形、地貌

隧道区属侵蚀低山地貌区，地貌特征为山体呈脊状山，走向北东向展布。山体主要由燕山期（γ）花岗岩构成。隧道轴线经过处地面标高70.0～214.2m，相对高差约144.2m。隧道经过的山体较高大，连绵起伏，自然坡度一般20°～36°，局部较陡峭形成陡崖，沟谷一般较狭长，纵坡较缓，横坡相对较陡。

（二）地层岩性

根据钻探、物探及地质调绘，隧道区地层岩性由新至老为第四系全新统坡残积粉质黏土（Q4dl+el）、残积土（Qel）和燕山期（γ）花岗岩组成。

（三）水文地质条件

隧道区属侵蚀低山地貌区，山体主要由燕山期花岗岩构成。隧道经过区及附近无大型水库及大型河流通过，地表水不甚发育。

2、塌方过程及原因分析

2.1塌方过程

隧道左洞在完成某段下台阶开挖后，正准备进行挂网喷混施工时，左侧壁出现掉块塌方现象，故立刻对开挖面进行初喷混凝土封闭并撤离人员机械。塌方位置的初喷面出现开裂剥落，塌方体纵向长度约6米、环形长度约5米、最大厚度约2米，塌方体积约20立方米。经过七小时左右塌方位置已至拱顶并往右侧发展，纵向长度约10米，经过十小时左右塌方位置已超过拱顶至右侧约3米，纵向长度约12米，拱顶最大深度约4米。

隧道塌方分析及处理技术例析

1 隧道概况

高速公路某隧道地处浙江省内，起点桩号，用于连接已建成通车的杭新景高速公路某标段终点，并与江西境内已建成的某高速公路相接，路线全长128.5km。本文所分析的隧道，于2012年开工建设，右线全长314m。

2 水文地质状况

隧道所处区域属亚热带季风气候区，温暖湿润，四季分明。降雨量由山区向盆地递减，山区内多年平均1804.92mm，月平均降水量最多的是6月（302.3mm），最少的是12月（51.5mm）。月极端最多是650.0mm，月极端最少0.0mm。全年以二月到七月中旬为雨季，尤以五到六月及七月上旬更集中。八月至十月期间受台风影响，有暴雨。

进洞口坡度约为30～40°，植被茂密，丘陵表部分布残坡积含粉质碎石粘土，褐红色，可塑，厚1～2m，其下伏基岩为奥陶系，青灰色泥岩，中厚层状，劈理发育，岩体被切割成块状、大块状，局部有塌方体发育。

标段隧道顶板最大埋设约35m，穿越中风化泥岩，青灰色，泥质结构，具变质作用，岩质硬脆，节理较发育，[BQ]=340，综合评定该段为IV级围岩，岩层倾向于隧道右侧。

3 塌方情况

塌方是指围岩失稳而造成的突发性坍塌、堆塌、崩塌等破坏性地质灾害，常发生于断层破碎带、膨胀岩（土）第四系松散岩层、不整合接触面、侵入岩接触带及岩体结构面不利组合地段。由于自然地质条件的复杂性和其它各种不确定性因素的影响，使得塌方的发生机理不甚明朗。

该段隧道在进行下台阶开挖和支护施工，并完成下台阶初支喷射混凝土施工。整个施工过程中，项目部及监控量测单位监控拱顶下沉和周边收敛等变形数据较小，未达到预警值（图1）。但是第二天早上5点施工作业工人上班后发现右洞进洞口上边坡出现了边坡垮塌并将隧道右洞整体压塌的情况（图2～3）。

该隧道整体围岩较松散，多段范围埋深较浅，并在施工过程中多次出现了洞内小型塌方和洞顶山体小型塌方的现象，加之今年上半年梅雨季节开始直至坍塌时，天气持续降雨，洞顶山体吸水较多，自重加重，不稳定因素加大。导致本次该段塌方，造成右洞洞顶山体滑坡冲压已施工的初期支护及护拱，该段初支与护拱整体垮塌。