浅议隧道塌方的原因及预防措施

赵鹏宇 王志超

摘要：塌方是隧道施工中常见的工程事故。本文在对塌方的危害、塌方机理及其原因进行分析后，提出了一定的预防措施，包括设计过程和施工过程两个方面。

关键词：隧道塌方 塌方原因 预防措施

隧道是地下工程的一个重要分支，它处于地下，处于山体内，所以它在施工时存在有很多的不确定性，以及危险性。隧道在掘进时，周围岩体的结构和受力状态将会被破坏，应力重新分布，造成受力体系不平衡，如果围岩不好就会形成塌方。所以尽量准确的了解前方岩体的性质，针对性的采取一定的开挖方法和支护措施，能有效的预防隧道塌方的发生，是施工能顺利进行。因此本文就隧道塌方的原因及预防措施进行一定的分析，借以加深对隧道塌方的理解。

1.塌方发生机理及其原因

1.1 塌方的机理

（1）石质塌方

隧道开挖后，其周边的岩体处于悬空状态，就会发生下沉或收敛变形以释放岩体内部的应力，由于岩体中存在层理和节理，有时还会有软弱夹层，如果未采取相应的支护措施或所采取的支护措施不能满足要求时，就会很容易的出现掉块，而掉块数量达到一定程度时就会形成塌方。

（2）土质塌方

土质类隧道或洞室开挖后，由于围岩的c、φ值较低，所以周边一定范围内很快发生松弛变形，而随着变形的逐渐扩展，围岩的整体强度就会降低，土压增加，从而引发局部的塑性破坏造成围岩内部出现空洞而导致局部坍塌，如果是在浅埋地段时，塑性区将进一步增大，土压力也随之增加最终导致整体失稳，大面积坍塌。

1.2 塌方的原因

发生隧道塌方的原因有认为因素，也有非人为因素，大致可以分为如下几个方面：

（1）地质因素。主要有围岩地质条件突然变坏，施工中出现了大断层、破碎带或软弱夹层，以及高地应力、溶洞、涌水等。

（2）设计因素。如洞口的位置选择不当、设计的支护参数偏小，对于特殊的不良地质地段，施工参数选择不当。

（3）施工技术。主要有一下几个方面：

1）超前支护措施未采取或虽然采取但质量和效果未能达到要求；

2）初期支护未按设计的参数进行，使围岩的稳定性达不到要求；

3）隧道开挖施工时对围岩的扰动过大；

4）施作二次衬砌的时间太迟，围岩无法承受应力重分布后带来的直接作用而发生塌方；

5）在软弱围岩中施工时，没有及时施作仰拱，形成封闭的环状受力，而形成塌方；

6）没有及时开展监控量测工作，及完整的信息反馈，而造成施工决策失误。

2.隧道塌方的预防

2.1 设计过程中塌方的预防

地质条件是制约地下工程安全、质量、工程投资的关键因素，同样塌方的产生与地质条件的好坏也有着紧密的联系。所以在施工前，进行详尽合理的施工调查是非常必要的，从而在经过不良地质地段时，能够有完备的技术方案和物质准备，以及合理的施工方法以预防塌方。

（1）选择设计。掌握隧道周边区域内宏观的地质背景、地质构造特征、地形地貌，并分析隧道区段内的断层、富水带、高地应力分布情况，合理的进行隧道的线型设计，保证施工安全，预防塌方的发生。

（2）支护参数设计。岩石在开挖后，由于受力平衡体系的破坏和应力的重分布，须及时采取支护，如何选定合理的支护参数，对隧道塌方的预防起着非常重要的作用。如果支护参数过大，就会增加工程投入，而支护参数过小就会因支护强度不够，造成支护结构破坏，直接形成塌方，或者在更换支撑时，造成围岩应力的再一次重分布，而引起塌方。

2.2 施工过程中塌方的预防

（1）施工工程中的地质预测

长大隧道其本身所穿越的地质构造就十分复杂，而施工前期设计阶段的地质勘查只能是从宏观上分析整个区段内的基本地质情况，造成局部地质资料不足，所以在施工进行中的地质预测就显得十分重要。

（2）部分不良地质地段施工预防

1）岩爆所引起的塌方预防方法。岩爆是高地应力区地下洞室开挖中围岩脆性破坏时应变能突然释放所造成的一种动力失稳现象。其预防工作主要在两个方面：

① 开挖阶段的预防。在可能发生岩爆的区段内采取超前钻孔，先进行部分卸压；减小光面爆破的周边眼距，且尽量分布均匀，以使开挖轮廓线相对圆顺，减少新的应力集中；尽量减少对围岩的扰动，避免诱发岩爆的发生。

② 开挖后岩爆区段的处理。爆破后即向工作面、爆破面喷水充分湿润围岩，从而缓解围岩应力；在清除松动围岩后，素喷混凝土支护，厚度一般为5cm，将表面破裂岩块连固在一起，从而进一步圆顺开挖轮廓线，缓解应力集中，对削减岩爆能起到很好的作用，对轻微岩爆还可以起到一次防护，避免诱发中强岩爆。

2）富水段塌方的预防。在地下水丰富的断层破碎带，大量的渗水、淋水甚至于涌水的部位，不仅影响施工的进度和质量，还容易造成塌方，在此地段施工时，及时排水是关键。对于少量集中渗水、淋水地段，在将要通过的透水层部位布置一定数量的排水孔或埋设排水管，将渗、淋水集中到排水孔内导出，称为排水管法；也可以通过在钢筋网背后铺过滤层或隔水层，将其固定在围岩上，通过软管边排水边喷射混凝土，称为金属网法；如遇较大涌水，在支护时对主要涌水出水口处暂不进行封堵支护，待涌水减小或没有时，再进行支护或进行固结封堵。

3）消除人为因素的影响是预防塌方的重要途径。在隧道的施工过程中，须对工期作合理的安排，在思想上一直保持警惕状态，在技术上对可能遭遇的塌方有详细的应对措施。当出现断层或其它不良地质易形成塌方时，对地质状况作详细分析，充分了解围岩特征，借以选择合理的施工措施，同时须加强对围岩变形监测，及时对不良变形采取加固措施，从而很好预防塌方的形成。

3.结语

隧道建设充满了不确定性，在建设过程中会遇到一系列的问题，塌方就是其中严重的一项。但是如果在施工前能够做好对隧道周边地质状况的充分了解，对可能发生塌方的地段进行充分分析，选择最合适的工程设计，保证超前预报质量，同时及时做好监控量测工作，以定量的数据来指导施工，塌方是可以避免的。

参考文献：

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