隧道开挖时,导致塌方的原因有多种,概括起来可归结为:①自然因素,即地质状态、受力状态、地下水变化等;②人为因素,即采用了不适当的设计或不适当的施工作业方法等。由于塌方会给施工带来很大的困难和很大的经济损失,因此,需要尽量注意排除会导致塌方的各种因素,避免塌方的发生。
1.引发塌方的主要原因
(1)不良地质及水文地质条件。
①隧道穿过断层及破碎带,或薄层岩体的小曲褶、错动发育地段时,一经开挖,潜在应力释放快、围岩失稳,小则引起围岩掉块、坍落,大则引起塌方。当通过各种堆积体时,由于结构松散,颗粒间无胶结或胶结差,开挖后也易引起坍塌;软弱结构面发育或泥质充填物过多也易引发较大的坍塌。
②隧道穿越地层覆盖过薄地段,如在沿河傍山、偏压地段、沟谷凹地浅埋和丘陵浅埋地段极易发生塌方。
③水是造成塌方的重要原因之一。地下水的软化、浸泡、冲蚀、溶解等作用加剧岩体的失稳和坍落。岩层软硬相间或有软弱夹层的岩体,在地下水的作用下,软弱面的强度大为降低,因而易发生滑塌。
(2)隧道设计考虑不周。
①选定隧道位置时,地质调查不细,未能作详细的分析,或未能查明可能引发塌方的因素,没有绕开可以绕避的不良地质地段。
②缺乏较详细的隧道所处位置的工程地质及水文地质资料,导致制定的施工指导文件或施工方案存在疏漏。
(3)施工方法和措施不当。
①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;工序间隔安排不当;施工支护不及时,支撑架立不符合要求,或抽换不当,先拆后支;地层暴露过久,引起围岩松动、风化,导致塌方。
②喷锚支护不及时,喷射混凝土的质量、厚度不符合要求。
③按新奥法施工的隧道,没有按规定进行量测,或信息反馈不及时,导致决策失误、措施不力。
④围岩爆破用药量过大,因振动引起坍塌。
⑤对危石检查不重视、不及时,处理危石的措施不当,引起岩层坍塌。
2.预防塌方的施工措施(www.daowen.com)
(1)在隧道施工中预防塌方,选择安全合理的施工方法和措施至关重要。在掘进到地质不良的围岩破碎地段时,应采取“先排水、短开挖、弱爆破、强支护、早衬砌、勤量测”的施工方法,必须制定切实可行的施工方案,并采取适宜的安全措施。
(2)加强塌方的预测。为了保证施工作业安全,及时发现塌方的可能性及征兆非常重要,并应根据不同情况采用不同的施工方法及控制塌方的措施,需要在施工阶段进行塌方预测。
(3)加强初期支护,控制塌方。当开挖出工作面后,应及时有效地完成喷锚支护或喷锚网联合支护,并应考虑采用早强喷射混凝土、早强锚杆和钢支撑等支护措施,这对防止局部坍塌,提高隧道整体稳定性起着重要的作用。
3.隧道塌方的处理措施
隧道发生塌方,应及时迅速处理。处理时必须仔细观测塌方范围、形状、坍穴的地质构造,查明塌方发生的原因和地下水活动情况,经认真分析,制定处理方案。处理塌方应先加固未坍塌地段,防止塌方继续发展,并可按下列方法进行处理。
(1)小塌方。
小塌方,纵向延伸不长、坍穴不高,先加固坍体两端洞身,并抓紧喷射混凝土或采用锚喷联合支护封闭坍穴顶部和侧部,再进行清渣。在确保安全的前提下,也可在坍渣上架设临时支架,稳定顶部,然后清渣。临时支架待灌筑衬砌混凝土强度达到设计强度后方可拆除。
(2)大塌方。
大塌方,坍穴高、坍渣数量大,坍渣完全堵住洞身时,宜采取先护后挖的方法。在查清坍穴规模大小和穴顶位置后,可采用管棚法和注浆固结法稳固围岩体和渣体,待其基本稳定后,按先上部后下部的顺序清除渣体,按照短进尺、弱爆破、早封闭的原则挖坍体,并尽快完成衬砌。
(3)塌方冒顶。
塌方冒顶,在清渣前应支护坍穴口,地层极差时,在坍穴口附近地面打设地表锚杆,洞内可采用管棚支护和钢架支撑。
(4)洞口塌方。
洞口塌方一般易坍塌至地表,可采取暗洞明作的办法处理。
处理塌方的同时,应加强防排水工作。塌方往往与地下水活动有关,治坍应先治水。防止地表水渗入坍体或地下,并引截地下水,防止渗入塌方地段,以免塌方扩大。
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