隧道施工過程中，塌方是一種高發(fā)的事故，存在極大的安全隱患，一旦發(fā)生塌方，后果不堪設(shè)想，本文主要分析了造成塌方的原因，隨后提出了應(yīng)對的技術(shù)措施。

　　《交通運(yùn)輸工程學(xué)報(bào)》是由國家新聞出版署和國家科技部批準(zhǔn)，國家教育部主管，長安大學(xué)主辦，國務(wù)院學(xué)位委員會交通運(yùn)輸工程學(xué)科評議組、西南交通大學(xué)與東南大學(xué)共同協(xié)辦，為交通運(yùn)輸工程一級學(xué)科服務(wù)的學(xué)術(shù)性期刊。

　　隧道塌方是施工中較常發(fā)生的安全事故之一。所謂隧道塌方是指施工過程中由于應(yīng)力作用洞頂與兩側(cè)的部分巖石和泥沙土大量塌落的現(xiàn)象。隧道塌方事故隨時(shí)可能發(fā)生在整個(gè)隧道施工的過程中，隧道開挖、施工支護(hù)甚至在隧道襯砌之后都有可能發(fā)生塌方。一旦發(fā)生隧道塌方事故，帶來的后果不可謂不嚴(yán)重。不僅對施工人員造成極大的人身安全威脅，還延長了隧道的施工工期、增大了工程預(yù)算、極大程度的破壞了機(jī)械設(shè)備和降低了施工單位的施工質(zhì)量。隧道塌方有高發(fā)性和高危性兩大特點(diǎn)，除了了給施工安全帶來嚴(yán)重的威脅，還給社會造成了不良的影響。如何減少隧道塌方，是施工和設(shè)計(jì)都應(yīng)該重視的問題。

　　一、塌方的主要類型及發(fā)生機(jī)理

　　(一)洞口塌方

　　由于洞口段一般為堆積層或風(fēng)化嚴(yán)重、破碎的巖體，其自穩(wěn)能力及整體穩(wěn)定性均較差。同時(shí)處于淺埋地段，若在進(jìn)洞前未對邊仰坡采取相應(yīng)的技術(shù)措施或技術(shù)措施不到位時(shí)，進(jìn)洞時(shí)或進(jìn)洞后將可能引起洞口頂端的圍巖發(fā)生應(yīng)力重分布，在重力作用下出現(xiàn)下沉或開裂變形。當(dāng)這些變形發(fā)展到一定程度時(shí)，極限平衡就被打破，導(dǎo)致大面積的整體失穩(wěn)，從而發(fā)生坍塌。

　　(二)洞內(nèi)塌方

　　洞內(nèi)塌方包括洞內(nèi)巖質(zhì)塌方和洞內(nèi)土質(zhì)塌方，分別針對的是巖石隧道和土質(zhì)隧道。當(dāng)巖質(zhì)隧道開挖時(shí)，其周邊的巖石處于懸空狀態(tài)，同時(shí)發(fā)生下沉或收斂變形，以釋放其內(nèi)部應(yīng)力。由于巖石體內(nèi)存在層理及節(jié)理，使周邊的部分巖塊在重力作用下具有下落和擠出的趨勢。若

　　此時(shí)未采取相應(yīng)的支護(hù)措施，巖面必然會出現(xiàn)“掉塊”現(xiàn)象，當(dāng)這種“掉塊”的數(shù)量達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，就是塌方。

　　同樣，土質(zhì)類隧道開挖以后，由于圍巖的硬度值較低，周邊一定范圍內(nèi)很快發(fā)生松弛變形。隨著這些變形的逐漸擴(kuò)展，使圍巖的整體強(qiáng)度降低，同時(shí)土壓增加進(jìn)而發(fā)生局部的塑性破壞，在圍巖內(nèi)部出現(xiàn)空洞造成局部發(fā)生坍塌。局部出現(xiàn)下沉，塑性區(qū)進(jìn)一步擴(kuò)大，土壓力劇增最終導(dǎo)致整體失穩(wěn)和大面積坍塌。

　　二、隧道塌方的形成原因

　　總的來說，隧道塌方的原因分為地理原因和人為原因兩大類，地理原因主要包括地質(zhì)、地形地貌和地下水的影響;人為原因主要是設(shè)計(jì)因素和施工因素。

　　(一)地理因素

　　1、不良地質(zhì)條件的影響

　　隧道穿過斷層及其破碎帶，或在薄層巖體的小曲褶、錯(cuò)動發(fā)育地段，一經(jīng)開挖，潛在應(yīng)力釋放快、圍巖失穩(wěn)，小則引起圍巖掉塊、塌落，大則引起塌方。當(dāng)通過各種堆積體時(shí)，由于結(jié)構(gòu)松散，顆粒間無膠結(jié)或膠結(jié)差，開挖后多引起坍塌。

　　2、特殊地形地貌的影響

　　(1)隧道穿越地層覆蓋過薄地段;

　　(2)隧道穿越地表水源如水塘、水庫、溝槽、沖溝等地段;

　　(3)隧道穿過地面建筑物，而且埋深淺如城市地鐵隧道，城市過街隧道等;

　　(4)影響隧道洞口安全與隧道洞身穩(wěn)定的不良地質(zhì)和特殊地層崩坍、錯(cuò)落、巖堆、滑坡、人為坑洞、泥石流、斷層、流砂、膨脹巖、巖溶、巖爆等。這些都是常常引發(fā)塌方的地形地貌因素。

　　3、地下水的影響

　　水是造成塌方的重要原因之一。地下水的軟化、浸泡、沖蝕、溶解等作用加劇巖體的失穩(wěn)和塌落。巖層軟硬相問或有軟弱夾層的巖體，在地下水的作用下，軟弱面的強(qiáng)度大為降低，因而發(fā)生滑塌。

　　(二)人為因素

　　1、設(shè)計(jì)原因

　　隧道施工前的設(shè)計(jì)對施工的安全性起著重要作用，如果在勘測設(shè)計(jì)階段對隧道要經(jīng)過的地段的地質(zhì)情況掌握的不全，就不能正確地分析該地段是否存在著比較特殊的或者不良地質(zhì)現(xiàn)象。如果不能正確分析，就有可能把隧道設(shè)在地質(zhì)條件不好的位置，導(dǎo)致塌方發(fā)生。隧道設(shè)計(jì)還要考慮地質(zhì)條件可能會發(fā)生的變化，并根據(jù)變化及時(shí)地對支護(hù)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，否則就有可能在施工時(shí)發(fā)生塌方事故。

　　2、施工方法不當(dāng)

　　施工中經(jīng)常存在：施工方法與地質(zhì)條件不相適應(yīng)，地質(zhì)條件發(fā)生變化，沒有及時(shí)改變施工方法;施工支護(hù)不及時(shí);地層暴露過久，引起圍巖松動、風(fēng)化;忽略了圍巖的變形規(guī)律，圍巖的變形同時(shí)具有連續(xù)變形和突然變形的特征。當(dāng)開挖距離小于d(d為隧道開挖寬度)時(shí)，圍巖兩端由于受到二次襯砌砼和開挖掌子面支撐的約束作用，連續(xù)變形很小，主要是爆破后的受震動影響的突然變形，而且在這個(gè)距離范圍內(nèi)由于襯砌和開挖面支承的“空間效應(yīng)”的影響，即使初期支護(hù)抗力不足圍巖滑移力亦不致于失穩(wěn)，當(dāng)這個(gè)距離為1.5～3d時(shí)，“空間效應(yīng)”的影響完全消失，初期支護(hù)抗力小于滑移力的問題即刻暴露出來，圍巖急劇變形，極易引起塌方的發(fā)生。

　　3、施工質(zhì)量不合格

　　支護(hù)結(jié)構(gòu)與圍巖須粘結(jié)緊密、共同工作，錨噴支護(hù)結(jié)構(gòu)才能成為無彎矩結(jié)構(gòu)，圍巖在施工錨噴支護(hù)后不斷收斂而最終趨于穩(wěn)定的前提是支護(hù)抗力不小于滑移力。在施工過程中，如發(fā)生超挖嚴(yán)重而進(jìn)行回填、錨桿長度不足、錨桿砂漿不飽滿或強(qiáng)度尤其早期強(qiáng)度不足、噴混凝土強(qiáng)度厚度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求、鋼支撐未完全由噴射混凝土包圍密實(shí)或鋼支撐與圍巖之間存在空隙及鋼支撐未置于穩(wěn)定堅(jiān)固的基礎(chǔ)上等質(zhì)量問題，造成支護(hù)抗力達(dá)不到設(shè)計(jì)要求或圍巖未粘結(jié)緊密使無彎矩結(jié)構(gòu)產(chǎn)生彎矩，導(dǎo)致塌方。

　　三、隧道塌方的處理措施

　　一般的處理原則是先加固，防擴(kuò)展，后處理的原則，要求處理塌方寧早勿遲，寧強(qiáng)勿弱。對一般塌方可直接進(jìn)行塌體處理，而對塌體破碎松散、影響范圍大的塌方一般分為初期處理與塌體處理兩部分。

　　(一)初期處理

　　1、要防止塌體擴(kuò)大

　　塌方發(fā)生后，首先要采取有效的搶險(xiǎn)措施，防止塌方范圍繼續(xù)擴(kuò)大。在塌方范圍內(nèi)頂部與側(cè)壁的危石及大裂縫處，要搶先進(jìn)行清除或錨固。加強(qiáng)原有支護(hù)，對塌方范圍前后原有的支護(hù)進(jìn)行加固，以防止塌方擴(kuò)大。在塌方范圍內(nèi)架設(shè)支撐或噴射混凝土，必要時(shí)加設(shè)錨桿。對塌方兩端盡快作好局部襯砌，以保證塌方不擴(kuò)大。

　　2、如塌方塌至地表，則應(yīng)對塌方漏斗地表進(jìn)行截水，必要時(shí)搭遮雨棚以防地表水灌人塌體內(nèi)。待洞內(nèi)處理完畢后，采用土石夯填要略高出原地面，待填土下沉穩(wěn)定后，用M7.5漿砌片石鋪砌。

　　3、在塌體后方5m～10m范圍內(nèi)施作二次模筑襯砌中，較穩(wěn)妥地鞏固后方，并及時(shí)施工仰拱，使之形成完整的支護(hù)體系，以阻止圍巖繼續(xù)變形坍塌。

　　(二)對塌方體的處理

　　塌體處理一般是在初期處理完畢后或塌方暫時(shí)達(dá)到自穩(wěn)時(shí)進(jìn)行。

　　1、如塌方體積較小，且塌方范圍內(nèi)已進(jìn)行噴錨或已架設(shè)好較為牢固的構(gòu)件支撐時(shí)，可由兩端或一端先上后下地逐步清除坍碴，隨挖隨噴射混凝土，隨架設(shè)臨時(shí)構(gòu)件支撐支頂。如塌方體較大，或地表已下沉，或因坍體堵塞無法進(jìn)入塌方范圍進(jìn)行支護(hù)時(shí)，則可注漿加固坍體，然后用“穿”的辦法在坍體內(nèi)進(jìn)行開挖、襯砌。在處理塌方的同時(shí)，要加強(qiáng)排水作業(yè)，以減少水對塌方的影響。

　　2、二次襯砌加強(qiáng)及回填法。因?yàn)樗�方段襯砌荷載比在未塌前增大，所以襯砌要加強(qiáng)，加強(qiáng)襯砌應(yīng)優(yōu)先考慮采用提高混凝土標(biāo)號和在襯砌內(nèi)加鋼筋或型鋼或鋼軌，以及進(jìn)一步采取加固穩(wěn)定塌穴以減小襯砌荷載等措施�；靥畈牧媳苊獠捎盟缮⒉牧�，盡可能使回填本身具有自承能力且高度要求為6m。

　　四、施工質(zhì)量保證措施

　　(一)通過監(jiān)控量測指導(dǎo)施工

　　根據(jù)量測結(jié)果,判斷支護(hù)體系及圍巖的受力與變形情況,調(diào)整支護(hù)參數(shù)、施工方法;采用監(jiān)控量測成果檢測防塌措施的效果,指導(dǎo)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)、設(shè)計(jì)、施工,實(shí)現(xiàn)施工信息化。當(dāng)發(fā)現(xiàn)測量數(shù)據(jù)有不正常變化或突變、洞內(nèi)或地表位移值大于允許位移值、洞內(nèi)或地面出現(xiàn)裂縫以及噴層出現(xiàn)異常裂縫時(shí),必須停止作業(yè),制定處理措施后再繼續(xù)施工。

　　(二)制定防塌應(yīng)急預(yù)案

　　儲備應(yīng)急設(shè)備、物資，尤其對不良地質(zhì)隧道、城市地鐵隧道、水下隧道均應(yīng)提前準(zhǔn)備，以防不測。對有可能塌方地段，地質(zhì)情況不清楚、有塌方預(yù)兆，加固措施未制定并實(shí)施，不能冒進(jìn)。

　　結(jié)語

　　隧道塌方會給施工人員的生命和工程造成不可估量的損失，因此應(yīng)高度重視監(jiān)控量測和超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作，對施工過程中可能出現(xiàn)的局部地段圍巖破碎引起的失穩(wěn)、塌方和可能遭遇的斷層、涌沙、涌水都能及時(shí)預(yù)測。對開挖施工過程中出現(xiàn)塌方現(xiàn)象進(jìn)行準(zhǔn)確分析事故原因，并及時(shí)采取一系列有效措施，以便有效控制塌方。

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