淺談隧道施工中的塌方預(yù)防技術(shù)[摘要]由于地質(zhì)條件困難，隧道在施工時(shí)初期支護(hù)很簡(jiǎn)單出現(xiàn)局部開裂、甚至坍塌等狀況，嚴(yán)峻影響工程進(jìn)度。本文通過對(duì)隧道塌方分析，以便大家更好地了解在隧道施工時(shí)一些值得留意的地方,盡早實(shí)行改進(jìn)措施，防范于未然。簡(jiǎn)要分析了隧道施工中，發(fā)生塌方事故的各種緣由，并介紹了幾種預(yù)防塌方的常用方法和手段。[關(guān)鍵詞]隧道塌方緣由分析預(yù)防1工程概況、工程地質(zhì)、水文地質(zhì)及不良地質(zhì)概況1.1工程概況西（寧）久（治）馬路作為青海省路網(wǎng)的重要組成部分，是貫穿青海省東部的縱向通道，是聯(lián)結(jié)省會(huì)西寧、海東地區(qū)和海南、黃南、果洛藏族自治州的重要經(jīng)濟(jì)干線。我公司承建的青海省西久馬路拉脊山隧道A合同段工程，位于青海省東部的湟中縣境內(nèi)，隧址區(qū)屬于高山剝蝕地貌，海拔3224-3846m，最大高差622m。山脊走向北西-南東向，與隧道方向近直交，進(jìn)口處山坡較陡，坡度45-50°。我合同段主要工程內(nèi)容包括路基工程、橋涵工程、防護(hù)排水工程和隧道工程，其中隧道工程占據(jù)著相當(dāng)重要的地位，其中拉脊山隧道1.2工程地質(zhì)概況1.2.1砂巖夾泥巖：紫紅色，粒狀結(jié)構(gòu)，中厚層狀構(gòu)造，節(jié)理裂隙發(fā)育。主要分布于隧道出口段。千枚巖：灰黑色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，千枚狀構(gòu)造，主要礦物成分為泥質(zhì)物，少量碳質(zhì)物等，節(jié)理裂隙發(fā)育。為軟質(zhì)巖，物理力學(xué)性能差，褶皺發(fā)育。主要分布于隧道進(jìn)口段。石英閃長(zhǎng)巖：灰白色，粒狀結(jié)構(gòu)，塊狀、片麻狀構(gòu)造，節(jié)理裂隙發(fā)育，主要礦物成分為石英、長(zhǎng)石、角閃石，少量云母等。分布于進(jìn)口、隧道洞身，厚度大，巖體局部破裂。中基性火山巖：淺灰綠色，暗紫紅色，隱晶-細(xì)晶結(jié)構(gòu)，節(jié)理裂隙發(fā)育。分布于進(jìn)口與千枚巖、石英閃長(zhǎng)巖不整和接觸。紅山嘴-電桿溝-大山梁大斷裂斷裂（F6）:區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育，以北西向-北西西向，北東向斷裂為主，呈直線狀展布。大斷裂與線路呈近正交關(guān)系，區(qū)內(nèi)走向96°-110°，傾向北，傾角60-85°。1.3水文地質(zhì)概況地表水:隧道穿越山體表面無凹地積水，局部地段發(fā)育小沖溝，平常無地表徑流。地下水.1松散巖類空隙水：在隧道區(qū)段一般分布，主要賦存于強(qiáng)風(fēng)化至弱風(fēng)化帶淺部，其含水量除與風(fēng)化裂隙有關(guān)外，還與風(fēng)化帶地層巖性有關(guān)。泥晶灰?guī)r，巖質(zhì)較堅(jiān)硬，裂隙張開保持程度較高，隙間充填物較少，裂隙富水和導(dǎo)水性較好，巖層含水量較豐富；泥巖巖質(zhì)軟，裂隙易受壓力作用而閉合，隙間多為泥質(zhì)成分充填，裂隙富水和導(dǎo)水性差，巖層含水量貧乏；泥灰?guī)r巖質(zhì)較軟，其含水量介于前兩者之間，因此松散巖類裂隙水的富集存在不均一性。.2基巖裂隙水：斷層F6位于電桿溝，電桿溝中有長(zhǎng)年流水，為冰雪融水、泉水，溝中水與斷層相連，水量較大，易進(jìn)入斷層破裂帶及裂隙中，隧道在該段易有較大涌水。施工時(shí)易發(fā)生突涌及坍塌事故，施工時(shí)應(yīng)剛好支護(hù)及加強(qiáng)防排水工作。1.4不良地質(zhì)隧道橫穿斷層及次級(jí)斷層，斷層富含地下水，在施工時(shí)做好防排水措施，施工時(shí)留意斷層破裂待易造成大規(guī)模坍塌。隧道進(jìn)口段為千枚巖，其物理力學(xué)性能差易造成坍塌，建議施工時(shí)剛好支護(hù)。隧道洞身材石英閃長(zhǎng)巖具有差異風(fēng)化性，隧道開挖后應(yīng)剛好對(duì)洞室進(jìn)行防風(fēng)化處理。經(jīng)斷層F6段時(shí)易發(fā)生坍塌現(xiàn)象。2隧道塌方的成因隧道塌方，是制約隧道施工進(jìn)度的主要因素之一。塌方處理，耗時(shí)費(fèi)勁，施工單位深受其害。在施工中，甚至存在著這樣一個(gè)普遍的觀念，那就是：“隧道施工，塌方是不行避開的”。但是通過對(duì)以往隧道施工的總結(jié)和隧道塌方緣由的分析來看，塌方是有可能從根本上杜絕的。塌方緣由分析隧道施工發(fā)生塌方的緣由主要分為主觀和客觀兩大類。其中主觀緣由就是指施工方法不當(dāng)，而客觀緣由則是指山體本身存在著不良地質(zhì)狀況。2.1主觀緣由：正確的施工方法是隧道平安施工的基本保障，而施工單位往往因?yàn)槠娴刈非笫┕みM(jìn)度或者只顧眼前利益而忽視了對(duì)圍巖的支護(hù)，或人為地降低了對(duì)圍巖支護(hù)的等級(jí)，施工中不仔細(xì)，存在僥幸心理，這是造成塌方的主要根由。施工方法不當(dāng)，主要有以下幾種表現(xiàn)形式：隧道開挖時(shí)，沒有很好地進(jìn)行限制爆破，加劇了對(duì)圍巖的破壞和擾動(dòng)。由于拉脊山隧道右線原設(shè)計(jì)為左線的平行導(dǎo)洞，現(xiàn)改擴(kuò)建為主洞。施工中須要拆除736m的原平行導(dǎo)洞，在擴(kuò)洞過程中對(duì)圍巖形成二次擾動(dòng)，進(jìn)一步導(dǎo)致了圍巖自穩(wěn)實(shí)力的降低。隧道開挖后，未能剛好噴射首層混凝土，圍巖得不到剛好封閉，或錨桿、鋼筋網(wǎng)、格柵鋼架、噴混凝土等支護(hù)措施未能剛好實(shí)施，致使圍巖暴露時(shí)間過長(zhǎng)，造成圍巖進(jìn)一步風(fēng)化，圍巖收斂變形加劇，極有可能出現(xiàn)圍巖局部失穩(wěn)，進(jìn)而造成塌方。圖3隧道開挖后發(fā)生塌方將拱架砸壞混凝土噴射厚度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，噴混凝土的強(qiáng)度低于設(shè)計(jì)強(qiáng)度，噴射前未對(duì)巖面進(jìn)行清除、清洗、排水等打算工作，混凝土滲入不到圍巖裂隙當(dāng)中，不能很好地封閉節(jié)理、加固結(jié)構(gòu)面，從而起不到提高圍巖強(qiáng)度、整體性和自承實(shí)力的作用。由于錨桿安裝方向沒有適應(yīng)節(jié)理或裂隙的走向，錨桿安裝工藝不正確，砂漿或錨固劑充填不實(shí)，錨桿間距不合理等緣由，造成錨桿的抗拔力達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，懸吊實(shí)力降低，大大減弱了其對(duì)層狀巖體的連接作用和對(duì)有節(jié)理、裂隙懦弱巖體的加固實(shí)力。格柵鋼架加工質(zhì)量不合格，尤其在安裝時(shí)，鋼架支撐構(gòu)件的連接不堅(jiān)固、未安裝底板、鋼架周邊與圍巖沒有貼緊，只有局部接觸，使得鋼架局部受力超強(qiáng)，這些緣由造成格柵鋼架受力后發(fā)生嚴(yán)峻變形或下沉，甚至發(fā)生傾倒、扭曲等現(xiàn)象，從而起不到應(yīng)有的加固預(yù)防作用。在施工過程中，遇到懦弱圍巖、不良地質(zhì)地段，隨著爆破振動(dòng)次數(shù)增多、地下水侵蝕加劇，當(dāng)圍巖變形達(dá)到肯定限度時(shí)，即使不應(yīng)塌方地段，也會(huì)因巖體失穩(wěn)而坍塌。圖4圍巖失穩(wěn)拱頂發(fā)生塌方2.2客觀緣由：工程地質(zhì)本身就具備著多樣性，有的地質(zhì)構(gòu)造滿意圍巖穩(wěn)定，而有的地質(zhì)構(gòu)造存在著嚴(yán)峻的塌方隱患。由于巖體構(gòu)造組合不利，如當(dāng)隧道通過褶皺構(gòu)造、斷層和節(jié)理裂隙發(fā)育地帶，或通過兩種物理力學(xué)性質(zhì)不同的巖層交界處時(shí)，由于圍巖本身不穩(wěn)定或已切割成碎塊而強(qiáng)度降低，很簡(jiǎn)單引起塌方。圖5、6隧道內(nèi)圍巖當(dāng)隧道通過較大的斷層帶，或斷層雖不大但有較寬斷層破裂帶處，或數(shù)條斷層的交匯處時(shí)，由于斷層旁邊的巖石一般比較破裂，且風(fēng)化嚴(yán)峻，斷層又多夾有斷層泥、糜棱巖、角礫巖等充填物，圍巖整體性極差，因此也簡(jiǎn)單產(chǎn)生塌方。圖7圍巖發(fā)生塌方地下水是隧道施工過程中常常遇到的地質(zhì)特征，也是影響圍巖穩(wěn)定的主要因素之一。圍巖“遇水降級(jí)”，是一條已經(jīng)形成共識(shí)的具體原則。而當(dāng)在較大的斷層中存在較大水壓時(shí)，當(dāng)隧道打穿或接近斷層帶時(shí)，地下水會(huì)向山體外集中泄出，其中的破裂巖體和充填物被地下水沖刷淘空，從而使隧道上部巖體失去依托，造成塌方。同時(shí)，地下水對(duì)巖體的軟化、浸泡、沖蝕、溶解等作用，常常會(huì)加劇巖體的失穩(wěn)和坍落。還有許多其它的不良地質(zhì)地段，象松散地層、溶洞、膨脹性巖層等，假如在施工中處理不當(dāng)或不夠剛好，都會(huì)產(chǎn)生塌方。而這些可能造成塌方的因素，往往不是獨(dú)立的，而是多種并存，如在電桿溝段時(shí)，常常出現(xiàn)有斷層、破裂帶、節(jié)理裂隙等，而斷層一般又是地下水和地表水滲透活動(dòng)場(chǎng)所。地質(zhì)條件越困難，塌方的可能性就越大。圖8、9隧道內(nèi)地下水涌出3塌方的預(yù)防塌方預(yù)防在隧道施工過程中發(fā)生塌方，往往是主觀緣由與客觀緣由并存的。通過以上對(duì)塌方緣由的分析，不難看出，要想從根本上杜絕塌方，首先要從施工人員的思想相識(shí)和工作作風(fēng)入手，切勿急躁冒進(jìn)，盲目樂觀，要嚴(yán)格依據(jù)施工規(guī)范和圖紙?jiān)O(shè)計(jì)施工，否則就會(huì)產(chǎn)生“欲速則不達(dá)”的后果；其次還要實(shí)行一些先進(jìn)的、科學(xué)的方法和手段，對(duì)圍巖進(jìn)行超前探測(cè)和超前支護(hù)，其主要方法有以下幾項(xiàng)：3.1超前地質(zhì)預(yù)報(bào)由于方法和精度所限，隧道設(shè)計(jì)中供應(yīng)的地質(zhì)狀況只能是個(gè)也許狀況，而要想精確地了解隧道的具體地質(zhì)狀況，可以通過隧道施工地質(zhì)技術(shù)，實(shí)行儀器探測(cè)法、地面地質(zhì)調(diào)查法和斷層參數(shù)預(yù)料法等科學(xué)手段，對(duì)圍巖進(jìn)行長(zhǎng)期、短期或接近地質(zhì)預(yù)報(bào)，為隧道實(shí)行正確的施工方法供應(yīng)牢靠的依據(jù)。同時(shí)，上述這些方法還可以對(duì)不良地質(zhì)地段進(jìn)行監(jiān)測(cè)、推斷，主要包括對(duì)隧道內(nèi)斷層破裂帶、不穩(wěn)定滑塌體和巖體、巖溶陷落柱的識(shí)別，影響塌方地質(zhì)因素分析和塌方可能性推斷，包括塌方前兆剛好精確辯認(rèn)。3.2光面爆破光面爆破是隧道施工中為避開塌方而實(shí)施的至關(guān)重要的一環(huán)。施工中應(yīng)依據(jù)圍巖的具體狀況和特點(diǎn)，合理的選擇爆破參數(shù)，科學(xué)地確定周邊眼間距、鉆眼深度及最小反抗線，嚴(yán)格限制炮眼的裝藥量，特殊是周邊眼，要通過試驗(yàn)來最終確定，軟巖隧道采納半斷面或臺(tái)階法開挖，孔深為1.0～3.0m的淺孔爆破時(shí)，單位體積巖石的炸藥消耗量一般為0.4～0.8㎏/m3。周邊眼采納小直徑藥卷和低爆速炸藥，借助傳爆線實(shí)現(xiàn)空氣間隔裝藥結(jié)構(gòu)。采納毫秒雷管微差爆破，使周邊爆破擁有最好的臨空面，用于周邊眼的同段起爆雷管的時(shí)間誤差越小越好。為了使光面爆破達(dá)到最好的效果，施工中應(yīng)仔細(xì)視察圍巖的改變狀況，對(duì)爆破設(shè)計(jì)不斷的進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化，剛好調(diào)整炮眼間距、數(shù)量、長(zhǎng)度、裝藥量和每循環(huán)進(jìn)尺，真正做到石變我變，以減弱爆破對(duì)圍巖的擾動(dòng)，同時(shí)避開因欠挖而帶來的二次擾動(dòng)，為下一步的支護(hù)創(chuàng)建良好的條件。圖11隧道光面爆破效果3.3超前支護(hù)當(dāng)圍巖處于懦弱高水地帶或斷層帶時(shí)，在開挖前，先行沿隧道拱部開挖輪廓線外側(cè)，打入超前錨桿或小鋼管，使錨桿或鋼管前端處于掘進(jìn)前方穩(wěn)定的巖層內(nèi)，末端支承在拱部圍巖內(nèi)專為超前錨桿供應(yīng)支點(diǎn)的徑向懸吊錨桿，或支承在作為支護(hù)的結(jié)構(gòu)錨桿上，使其起到支護(hù)掘進(jìn)進(jìn)尺范圍內(nèi)拱部上方，有效地約束圍巖在爆破后的肯定時(shí)間內(nèi)不發(fā)生松弛坍塌，為大斷面開挖與噴錨支護(hù)創(chuàng)建條件。超前錨桿長(zhǎng)度一般為3~8m，超前錨桿宜采納早強(qiáng)型砂漿錨桿。超前小導(dǎo)管外插角偏差應(yīng)≤5°，孔位鉆設(shè)偏差應(yīng)≤100mm，孔眼長(zhǎng)應(yīng)大于小鋼管長(zhǎng)度，小鋼管應(yīng)平直，尾部焊箍，頂部成尖錐狀，打入長(zhǎng)度不應(yīng)小于總長(zhǎng)的95%。圖12、13施工的超前支護(hù)3.4管棚在結(jié)構(gòu)松散、穩(wěn)定性差的圍巖地段，將外徑φ80mm、φ108mm或其他直徑的無縫或一般焊接鋼管沿開挖輪廓線外側(cè)插入圍巖，一般在非常松軟的巖層中可干脆將管頂入，或借助鑿巖機(jī)將鋼管頂入末段開挖的地層中去，鋼管尾部以格柵鋼架支撐，開挖后，形成一段短距離的穩(wěn)定地帶，以便剛好進(jìn)一步支護(hù)或進(jìn)行襯砌。管棚長(zhǎng)度應(yīng)依據(jù)地質(zhì)狀況選用，但應(yīng)保證開挖后管棚有足夠的超前長(zhǎng)度,一般每節(jié)長(zhǎng)4～6m，縱向以絲扣連接，絲扣長(zhǎng)度應(yīng)≥15cm,管棚間距合理設(shè)置。為增加管棚剛度，可在鋼管內(nèi)灌入混凝土或設(shè)置鋼筋籠，以更好地預(yù)防塌方。管棚施工時(shí)，在開挖工作面處應(yīng)先安設(shè)受力拱架，并在其上正確標(biāo)明管棚位置。架立鉆機(jī)時(shí)，應(yīng)精確核定孔位，保證鉆機(jī)鉆桿與管棚設(shè)計(jì)軸線吻合，以及鉆機(jī)在鉆進(jìn)時(shí)不產(chǎn)生偏移和傾斜。鉆孔依次一般由高孔位向低孔位進(jìn)行。鉆孔直徑一般比設(shè)計(jì)管棚直徑大20～30mm。管棚在頂進(jìn)過程中，必需用傾斜儀嚴(yán)格限制上仰角，一般為1°～2°。接長(zhǎng)管棚鋼管時(shí)，接頭應(yīng)采納厚壁鋼箍，上滿絲扣，確保連接牢靠。管棚鋼管內(nèi)水泥砂漿應(yīng)用牛角泵灌注，封堵塞要有進(jìn)料孔和出氣孔，出氣孔流漿后應(yīng)停止壓注。洞口預(yù)加固管棚圖3.5注漿在裂隙密集的破裂巖體中，特殊在大斷面地下洞室開挖中，為了加固支護(hù)，可利用管棚進(jìn)行注漿，使?jié){液滲入圍巖裂隙中，將破裂的巖塊固結(jié)為整體，以改善和增加圍巖的承載實(shí)力。無論是小導(dǎo)管注漿，還是大管棚深孔高壓注漿，其最終目的都是為了對(duì)圍巖進(jìn)行預(yù)加固，提高圍巖抗?jié)B性能，加固巖體，改善圍巖性質(zhì)，以避開開挖后，圍巖產(chǎn)生較大變形和塌方。小導(dǎo)管注漿時(shí)，應(yīng)首先對(duì)工作面及5m范圍內(nèi)的坑道進(jìn)行噴射混凝土或模筑混凝土封閉。選擇注漿材料時(shí)要依據(jù)實(shí)際地質(zhì)狀況具體進(jìn)行選擇，在斷層破裂帶和砂卵石地層，當(dāng)裂隙寬度（或粒徑）＞1mm時(shí),加固或堵水注漿宜優(yōu)先選用料源廣、價(jià)格便宜的單液水泥漿和水泥～水玻璃漿；在斷層泥地帶，當(dāng)裂隙寬度（或粒徑）＜1mm時(shí),加固注漿宜優(yōu)先選用水玻璃類和木胺類漿液；在中、細(xì)、粉砂層及細(xì)小裂隙巖層、斷層泥段堵水注漿，宜選用滲透性好，低毒及遇水膨脹的化學(xué)漿液。注漿結(jié)束后必需對(duì)注漿效果進(jìn)行檢查。通過分析注漿記錄，看每個(gè)孔注漿壓力、注漿量是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求，在注漿過程中，漏漿、跑漿是否嚴(yán)峻，以漿液注入量估算漿液擴(kuò)散半徑，分析是否與設(shè)計(jì)相符；另外用地質(zhì)鉆機(jī)按設(shè)計(jì)孔位和角度鉆檢查孔，取巖心進(jìn)行鑒定，同時(shí)測(cè)定檢查孔的吸水量（漏水量）應(yīng)＜0.2～0.4m3/min；最終用超聲波探測(cè)儀測(cè)量巖體聲速,推斷注漿效果。注漿后，應(yīng)視漿液種類，等待4～8h方可開挖,一般單液水泥漿開挖時(shí)間為注漿后8h左右,水泥—水玻璃漿為4h左右。每開挖循環(huán)長(zhǎng)度應(yīng)依據(jù)注漿段（導(dǎo)管）長(zhǎng)度而定，但必需留3～7m（導(dǎo)管注漿時(shí)3～5m）止?jié){墻。在地質(zhì)特殊差時(shí)，如粒徑＜0.05mm以下的粉砂及粘性懦弱地層,進(jìn)行加固圍巖和封堵出水時(shí)，可用周邊劈裂注漿及周邊短孔預(yù)注漿和平行導(dǎo)坑向正洞預(yù)注漿等方法，同樣也是為了達(dá)到加固地層、穩(wěn)固巖體、確保開挖平安的目的。3.6分部開挖當(dāng)遇到松散破裂地層時(shí)，隧道施工采納分部開挖的施工方法。單線隧道宜采納上導(dǎo)坑先拱后墻進(jìn)行開挖，起拱線以上用上導(dǎo)坑及分部擴(kuò)大、環(huán)形開挖預(yù)留核心土等方法進(jìn)行開挖支護(hù)，起拱線以下用拉中槽、跳槽開挖馬口的方法開挖支護(hù)邊墻；雙線隧道采納雙側(cè)壁導(dǎo)坑先墻后拱法進(jìn)行施工。在分部開挖過程中，應(yīng)嚴(yán)格貫徹“短進(jìn)尺、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)”的原則。采納爆破法掘進(jìn)時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格限制炮眼數(shù)量、深度及裝藥量，盡量減小爆破時(shí)對(duì)圍巖的擾動(dòng)；采納分部開挖法時(shí)，其下部開挖宜左右兩側(cè)交替進(jìn)行。襯砌應(yīng)緊跟開挖面，襯砌斷面應(yīng)盡早封閉。上下臺(tái)階法開挖支護(hù)意圖：圖16、17上臺(tái)階施工與下臺(tái)階施工3.7勤視察、勤量測(cè)在施工過程中，隨時(shí)視察和量測(cè)現(xiàn)場(chǎng)工程地質(zhì)改變狀況及圍巖收斂變形狀況，剛好預(yù)報(bào)圍巖穩(wěn)定狀況，當(dāng)圍巖收斂出現(xiàn)異樣，或出現(xiàn)其他塌方征兆時(shí)，應(yīng)馬上實(shí)行有效措施進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)或襯砌。視察和描述開挖工作面旁邊的支護(hù)狀況和裂縫狀況，有利于干脆推斷圍巖的穩(wěn)定性，而對(duì)開挖支護(hù)后圍巖的位移量測(cè)，是對(duì)隧道各項(xiàng)動(dòng)態(tài)改變指標(biāo)的綜合干脆的反映，這些量測(cè)數(shù)據(jù)可以明確的供應(yīng)用來推斷圍巖是否平安穩(wěn)定的依據(jù)。圍巖位移量測(cè)一般采納五點(diǎn)量測(cè)法，即拱頂、兩側(cè)拱腳、兩側(cè)邊墻中部，量測(cè)頻率肯定要依據(jù)規(guī)范要求進(jìn)行，支配專人進(jìn)行操作，對(duì)量測(cè)數(shù)據(jù)要抓緊進(jìn)行處理，確保其精確、剛好、牢靠，為下一步施工實(shí)行何種措施供應(yīng)準(zhǔn)確的數(shù)字化依據(jù)。YK17+186收斂量測(cè)原始記錄表：a3220.98653220.9873220.9873220.9873220.9873220.987b-3.42724-3.42724-3.42724-3.42724-3.42724-3.42724u3216.042043217.8673218.5143218.8573219.0743219.225t123456a3220.98653220.9873220.9873220.9873220.9873220.987b-3.42724-3.42724-3.42724-3.42724-3.42724-3.42724u3219.338353219.4273219.4983219.5573219.6073219.65t789101112a3220.9873220.9873220.9873220.9873220.9873220.987b-3.42724-3.42724-3.42724-3.42724-3.42724-3.42724u3219.6883219.7213219.753219.7773219.8013219.823t131415161718a3220.9873220.9873220