1、隧道塌方原因及处理措施目录一、隧道塌方的原因 .1二、塌方处理一般程序 .2三、塌方处理实例 .3(一) 隧道概述 3(二) 塌方过程 4(三) 塌方段原设计情况 5(四) 塌方可能原因分析 5(五) 塌方处理措施 6(六) 进度计划及人机配置 9(七) 施工注意事项 10(八) 处理效果 10四、经验教训总结 10隧道塌方原因及处理措施 1隧道塌方原因及处理措施一、 隧道塌方的原因目前国内在建和已建隧道工程中，均出现过不同程度的塌方现象，给建设和运营带来了较大的危害。在此，根据新奥法原理分析隧道塌方形成的可能原因。新奥法的主要原理是在岩体力学特征和变形规律以及莫尔理论的基础上，通过量测手段对
2、开挖后围岩进行动态监测，并根据围岩自稳的时间和空间效应确定爆破强度、开挖速度、初支参数以及辅助施工方法等。其力学机理是利用围岩自稳能力，及时施作初期支护和二次衬砌并与围岩形成整体受力结构。从此原理分析隧道塌方的原因如下：（一）洞身工程地质条件差，围岩自稳能力低，施工时没来得及进行初期支护即发生坍塌。如掌子面围岩软弱、岩体破碎、地下水发育、洞身埋深浅。或隧区通过不良地质地段，如断层褶皱带、膨胀岩地区以及高应力岩层等。这些复杂地质条件往往有不可预见性，给设计和施工的准确性和安全性带来较大困难。见图 1。（二）设计过程中未能准确判断隧区地质条件，没有充分考虑不良地质对隧道的影响，特别是没有及时与现场
3、实际地质条件进行跟踪分析，导致在围岩分级、支护参数设计以及开挖进尺要求等不合理。（三）施工过程中没有对诸如软弱围岩、浅埋地层等不良地质体进行注浆、超前支护预处理，保证不了围岩足够的自稳能力和自稳时间；开挖爆破效果差，导致围岩应力集中，出现滑塌现象；没有按照设计和规范要求进行施工，如初支背后有空洞、初支厚度不够、锚杆的长度和数量不足以及钢架的间距过大等，致使围岩岩体间不能连成整体受力结构，保证不了支护强度与围岩滑移的力学平衡。隧道塌方原因及处理措施 2（四）新奥法施工是一个动态过程，对隧道进行实时监控是重要环节之一。目前很多隧道塌方造成人员伤亡、财产损失的原因就是监控不到位。不能在塌方隐患出现前
4、掌握围岩变形规律，不能及时预报围岩变形情况，并进行必要的加强措施，最终导致塌方的形成。 图 1 隧道塌方原因二、 塌方处理一般程序总体施工原则为强加固、短清渣、快支护、实回填、勤量测。对于小塌方可以直接进行塌体处理，对于塌方影响范围较大的分为初期处理和塌体处理两部分。(一) 初期处理1. 封闭塌体面，对塌方露出的新岩面挂网喷射混凝土，防止岩体风化和继续塌落；2. 必要时对塌方体实施注浆固结或设置混凝土封堵墙，以待下一步能更好的施工掘进；隧道塌方原因及处理措施 33. 设置临时钢支撑，稳定塌方空腔；4. 处理塌方影响段内侵限的初支，如注浆加固，抽换变形钢架、加设锚杆等；5. 若塌方通顶，要在塌体
5、地表修筑截排水设施，阻止地表水对塌方体的影响。(二) 塌方体处理1. 加强超前支护，增设大管棚或双排小导管，保证开挖的安全性。2. 利用人工风镐，挖机配合，进行预留核心土台阶法开挖，控制好进尺长度，并及时施作初期支护。3. 利用可靠回填料对塌腔进行回填。并尽快施作二次衬砌。(三) 监控量测全程做好地表沉降、拱顶下沉、洞内周边收敛的监控量测工作，并用数据指导施工。三、 塌方处理实例下面以新建兰新铁路元山隧道进口塌方处理为例进行总结。隧道塌方原因及处理措施 4(一 ) 隧道概述图 2 塌方段隧道纵断面图元山隧道位于军马一场西南方向祁连山中高山区，平均海拔32003800m，最高海拔为 3292m。
6、地形起伏不大，相对高差约50m，隧道最大埋深 70m。起始里程为 DK365+105DK366+021，全长916m。全隧位于 R-10000m 的平曲线上，纵坡为 20的单面下坡。隧道进口 DK365+174+184 段于 2011 年 3 月 19 日晚 22:00 左右发生塌方。如图 2 所示。 (二 ) 塌方过程2011 年 3 月 19 日晚 22：00 许，DK365+180 处拱顶开始掉渣，2 分钟后出现塌方，现场无人员伤亡及机械破损，根据实际量测数据，塌方里程为 DK365+174+184 段落，长度约为 10m，塌方面积为 1515m，深度约为 10m，塌方总方量约 1500
7、m3。Qdl24Qdl24dl24CSs33192.0325.6035.03186.0189.30318.026269Q4C3dl细 粗隧道塌方原因及处理措施 5塌方现场形态为 DK365+174+184 拱顶至地表岩土体垂直下沉，拱顶形成天窗，形状为椭圆形，如图 3 所示。原施作的初支钢架在拱腰连接处被折断，边墙钢架受塌方影响变形。塌方松散物沿隧道走向前后坡积范围约 20 米，塌方体多为块石、碎石及粗角砾土，岩性以砂岩为主，含少量炭质泥岩夹层。塌方处周边岩层较为松动，可能出现再次塌方。图 3 塌方空腔形态塌方发生时，隧道掌子面开挖里程为 DK365+250，仰拱里程为DK365+159,二次
8、衬砌未施作。塌方段初期支护施作时间为 2010 年 9月12 月。(三 ) 塌方段原设计情况隧道通过区位于 F8 断层影响带，DK365+174+184 段地层为第四系全新统坡积粗角砾土（Q dl64） ，洞身为石炭系上统泥质砂岩（C Ss3） ，强风化，岩体破碎多呈碎块及砂砾状，埋深 1020m，隧道围岩分级为级，按c-2 型衬砌参数支护，超前支护为 42 超前小导管注浆，全断面 I22a 型钢钢架，间距 0.5m，全环 30cm 厚C30 喷射混凝土。采用三台阶七步开挖法施工。隧道塌方原因及处理措施 6(四 ) 塌方可能原因分析1. 地质因素A、该段处于 F8 断层影响带，岩体呈碎裂结构和
9、松散结构，节理裂隙发育，大多数为张开节理，围岩完整性和稳定性较差；B、隧道穿越的地层岩性主要为泥质砂岩，硬度低且为强风化状态，掌子面及塌方体均出现厚度不等的炭质泥岩夹层，隧区工程地质条件差，见图 4；C、塌方段拱顶距地表 1020m，属浅埋段，因高原季节性冻融现象，浅埋围岩受冻融水及反复冻胀的影响，降低自身稳定性。图 4 塌方空腔处围岩照片2. 设计因素该段为已施作初支后塌方，塌方原因可能是设计未充分考虑隧区特殊地质条件如断层影响带围岩破碎，对隧道支护参数的影响，致使支护强度不够，设计参数不合理。3. 施工因数A、该段处于隧道浅埋段且围岩破碎，施工时没有进行地表注浆加固；B、洞身围岩为硬度较低
10、的泥质砂岩，强风化，含炭质泥岩夹层，软弱围岩掌子面开挖未采用控制爆破技术，一方面光面爆破效果差，围岩应力集中，另一方面爆破装药量过大，震动效应强，可能对已初支段的稳定性造成影响；C、塌方段工程地质条件差，属于浅埋段，塌方前地表和洞内变隧道塌方原因及处理措施 7形监测频率不够，信息反馈不及时，未能在塌方隐患出现前进行加强支护处理，如围岩径向注浆加固以防止塌方；D、施工过程未严格按照设计施工，特别是初支背后是否存在空洞，锚杆的长度及根数、钢架的型号及间距等是否符合设计还需要进一步确认。(五 ) 塌方处理措施塌方处理分三个阶段，先对塌方影响段围岩进行初步加固，然后处理塌方堆积体并重新施作该段初期支护
11、，在完成塌方段二次衬砌后对塌方空腔进行回填。塌方处理全过程实施监控量测，实时提供围岩变形情况，以指导施工。1. 塌方影响段处理A、洞内径向注浆加固：对塌方影响段 DK365+169+174 实施径向注浆加固，防止塌方范围扩大。注浆管采用 22 打孔钢花管，长4m，间距 1.5m，梅花形布置，注浆液采用水泥-水玻璃双液浆。B、洞内空腔锁口：在洞内空腔边缘加设两榀 I22a 工字钢锁口，并在拱脚处分别打设 4 根锁脚锚管。C、塌腔边坡喷砼加固：塌方体空腔周边坡度较陡，为防止边坡掉块，首先对边坡按 1:0.5 进行刷坡处理，然后喷射 15cm 厚 C25 混凝土封闭坡面。施工时在边坡角预留踏步和施工
12、平台。2. 塌方段处理A、采用环形开挖预留核心土法逐步开挖塌方堆积体，主要采用人工风镐掘进，小型挖机配合。每开挖循环进尺控制在 50cm，并及时换除损坏的钢架，架设新 I22a 工字钢，间距 50cm。钢架环向连接钢筋用 22 钢筋，间距 50cm。铺设 8 钢筋网，网格间距20cm20cm。在未塌方边墙初支面加设径向锚杆，规格按设计图处理。B、掘进一段距离后，在钢架上部安装外模，模具采用木模，厚隧道塌方原因及处理措施 8度不低于 3cm，模板外侧利用钢筋固定稳固，模板之间缝隙要紧密，保证不漏浆。然后初喷 25cm 厚 C30 混凝土。C、当掘进到 DK365+184 时，为保证塌方前壁的稳定
13、性，实施加强支护，即在拱顶 140范围增设双排 42 超前小导管并注浆，长度 4m，间距 40cm，环向搭接 1m，上层外插角控制在 35，下层外插角控制在 510。对原剥落的初支面进行复喷混凝土至设计厚度。3. 塌腔回填处理在该段围岩基本稳定后，及时施作仰拱、拱墙防排水设施和二次衬砌，待混凝土强度达到设计要求且未移动台车前，对塌腔进行回填处理。回填料采用坍渣，对称分层回填夯实。在接近表层应设置 50cm 厚隔水粘土层，防止地表水下渗对岩土体及隧道结构的破坏，表层土应用腐殖土覆盖。塌方空腔回填结束后，在塌方地表周边 1m范围外修筑 0.4m 深，0.3m 宽截水沟，防止地表水流入塌方空腔中的回
14、填土体。4. 监控量测在塌方处理全过程对洞内、地表进行监控量测，及时反馈分析量测数据，指导施工。A、洞内周边收敛、拱顶下沉量测隧道内共布置两条水平测线、两条斜测线、一条拱顶下沉线。监控范围 DK365+164+194，纵向 5m 一个断面，每天观测一次。如图 5 所示。B、地表沉降观测1） 塌方腔回填结束前：在 DK365+154+164 和DK365+184+204 里程段纵向 10m、横向 5m 布置测点，横向布置范围为隧道中线两侧 15m 范围，每天观测一次。如图 6 所示。隧道塌方原因及处理措施 9图 5 洞内收敛量测点布置示意图 6 地表观测点布置示意2） 塌方腔回填结束后：在 DK
15、365+174+184 里程段按上述方案布点观测。C、监控要求监控量测严格按照有关规范和设计进行，每天测量完毕及时进行数据分析，向施工技术员和现场负责人反馈监测结论。当洞内水平收敛值大于 5mm/d 或地表监测发现异常应立即通知现场人员撤离，并及时向上级回报。当塌方段处理结束，洞内收敛小于 0.2mm/d 后方可停止监控。(六 ) 进度计划及人机配置1. 进度计划（见表 1）表 1 进度计划序号 工序名称 时间（天） 备注1 洞内注浆、锁口及塌腔刷坡、喷砼 22 坍方冒顶处加固 13 坍方开挖、初支 204 坍腔回填 15 合计 24隧道塌方原因及处理措施 102. 人员安排（见表 2）表 2
16、 人员安排计划序号 工种类型 人数（个） 备注1 现场领导 1 全面负责2 技术主管 1 技术支持3 技术员 2 现场指导4 测量员 2 施工放样、监控量测5 专职安全员 1 安全负责6 施工班组 45 施工合计 533. 设备配置（见表 3）表 3 设备配置计划序号 设备名称 规格型号 数量1 柴油发电机 200GF 1 台2 电动空压机 20m3 1 台3 简易开挖台架 1 副4 挖掘机 1.2 m3 1 辆5 装载机 3m3 1 辆6 手风镐 G11-A 4 套7 强制式搅拌机 1m3 1 辆8 自卸汽车 ZL50C 3 辆9 湿喷机 2 台10 高压双液注浆机 1 台11 型钢冷弯机
17、1 台12 电弧焊机 2 套(七 ) 施工注意事项1、拱顶存在掉块可能，施工时必须佩戴安全帽。隧道塌方原因及处理措施 112、洞内主要由机械作业，缩短作业时间。现场有专人指挥，一有险情，立即组织撤离。3、塌腔必须分层夯实，并设置隔水粘土层。4、机械刷坡和回填土时，不得置于顺线路方向。5、及时跟进仰拱和二衬，保证该段围岩稳定安全。6、目前正在实施的掌子面开挖严格采用控制爆破。(八 ) 处理效果根据以上方案结合现场实际，安全有序的完成元山隧道塌方处理各项工作，目前洞内及地表仍在进行监控测量，围岩情况和初支变形处于安全可控状态。四、 经验教训总结1、软弱浅埋围岩段的隧道施工，须严格按照监控量测方案对洞内和地表实施动态监测，及时分析量测数据，反馈信息用以指导施工；2、对围岩破碎，自稳能力差的隧道开挖，应做到光面爆破，加大超前支护强度，即短进尺、弱爆破、强支护;3、确保初支混凝土与岩面的粘结力、初支的强度符合规范设计，使初支与岩体形成强有力的支撑系统；4、在隧道掘进前，分析研究浅埋段地表注浆加固的必要性。
