塌方的根源及措施

摘要：

随着我国高速铁路建设的迅速发展，越来越多的高速铁路向山区延伸，受到地形地貌的限制，山区高速铁路展线困难。同时，为了保持山体平衡和保护环境，避免大填大挖，破坏生态环境，越来越多的铁路隧道得到建设。本文从设计跟施工两方面分析了隧道塌方的原因，论述了准确的地质勘察，合理的设计和及时有效的支护措施可预防隧道塌方。

隧道属于地下工程，地质条件复杂，施工中存在很大的不确定性如果没有准确掌握地质情况，采取合理有效地开挖方法和支护措施，施工过程中容易引起塌方，不仅造成重大经济损失而且严重影响施工安全和施工进度。本文就隧道塌方的原因和预防措施进行分析。

设计时，由于勘察设备、方法简陋的原因，没有对隧道所在区的地质情况进行足够详细的勘察。对隧道所在区的地质情况了解不清，地质资料不详细，对可能遭遇的断层、富水、岩爆、瓦斯等不良地质情况估计不足。同时，隧道是线状的地下隐蔽工程，一些长大隧道往往穿越崇山峻岭，穿过多个岩类、多个构造，跨越几个地质单元，地质条件十分复杂，而设计阶段的地质勘察只能从宏观上分析整个隧道区的基本地质情况，对垂直和水平埋深较大的洞段无法进行勘察，造成局部地质资料不足。设计时对地质条件掌握不准确和不充分是造成隧道塌方的重要原因之一。

在掌握隧道区宏观地质背景、构造特征、地质地貌特点和较详细的其他地质资料基础上，分析隧道区的断层、富水带和高应力分布情况，合理进行对到线性设计，尽量避免通过大断层、富水和高应力集中地段，即可保证施工安全，预防塌方的发生，又能避免因地质条件不好而过多支护增加工程费用。

岩体在开挖成洞后，受力结构平衡体系受到破坏以及应力重分布，应及时进行支护，因此，在隧道设计过程中都要进行支护参数设计。如何选定既安全有效又节省的支护参数，对隧道塌方的预防起着不可忽视的作用。由于地质围岩的分类只是一个定性的概念，不是定量的，同一类围岩，其结构产状不尽相同，其自稳能力也就不一致，此时支护参数的选择尤为重要，若支护参数过大，将增加工程投入；若支护参数过小，自稳能力较差的同类围岩可能因支护强度不够或要求更换支撑造成地应力再一次重分布，引起塌方。特别是在临时支护方面，通常为了减少工程投入，采取的支护参数一般都较小，达不到国家标准要求，设计时必须重视临时支护。在隧道设计方面，准确的地质勘察和合理的设计能有效避免和预防塌方的发生。

隧道地质条件复杂多变，诸多地质因素导致不同程度地塌方：①隧道通过褶皱构造、断层、节理裂隙发育地带，由于围岩本身不稳定和已切割成碎块而强度低、结构松散、节理面有泥物质及岩屑充填，会因支护不及时，暴露时间过长，导致围岩风化严重；②隧道通过断层，突然遇到较高水压富水洞段，地下水向洞室内漏出，淘空断层构造带中破碎岩体和填充物；③岩层产状不利或岩爆。在施工过程中由于施工人员对地下工程所通过的地质情况不了解，忽视围岩细微变形，对围岩自稳能力估计过高，造成思想上麻痹大意，对不良地质洞段没有采取合理的开挖方法、支护不及时，工期安排不合理，盲目追求进度；开挖时爆破对围岩的扰动过大，开挖后围岩暴漏时间过长，风化程度加剧；由于设计不当，中途进行二次扩挖和更换支撑造成应力再次重分布，使原来不应塌方洞段因岩体失稳而产生较大塌方。

施工过程中的地质预测、预报必不可少，跟进掌子面的地质预测、预报对可能出现的局部地段围岩破碎引起的失稳、塌方和可能遭遇的断层、涌沙、涌水都能及时预测，并对其位置、桩号、规模及发展趋势作出明确标识，提醒施工人员采取合理的开挖和支护方法，预防塌方的发生。同时，加强围岩变形观测也是施工过程中预防塌方的有效方法之一。变形现象是指隧道在巨大地压作用下，围岩屈服变形、墙壁向内移动、隧道变窄的一种地压现象，是一种塌方前兆。洞室开挖后，在岩体重新稳定过程中，围岩都存在变形，当变形超过允许范围时，就发生塌方。

从隧道塌方产生的原因可以看出，隧道开挖过程中的支护非常重要，是预防隧道塌方的重要措施。常用的隧道支护方法有3种：锚喷支护、网喷支护和组合支护。

当岩层是裂隙扩张的大块体时，由于结构组合或产状不利引起不稳定，此时，锚喷支护是一种较经济安全的支护措施。开挖后，垂直于岩层走向打锚杆，锚杆长度应穿透不稳定岩体深入内部与稳定岩体相连，直径一般为<22或<25，间距为1.0m～1.2m然后喷一层砼，主要封闭填塞围岩裂隙，进一步防止岩体滑移。

在岩石破碎、裂缝密集发育、块体较小的洞段，采取网喷支护更安全、合理。开挖后，清除浮石，先喷一层砼，厚度一般为5cm，目的是在围岩变形前及时封闭围岩，预防支护过程中小块体塌落而影响施工安全，还可以作为钢筋网的保护层，防止钢筋网锈蚀。然后打入系统锚杆，规格为<22，长度为2.5～3.0cm，间距为1.0～1.2cm，呈梅花型布置。最后挂规格为<6～<8、间距为20cm×20cm～70cm～70cm的钢筋网，喷第二层砼作为承载结构，厚度为10cm～15cm。

喷砼与钢支撑或格栅钢架的组合支护适用于围岩破碎或不稳定的V类围岩。此种支护方法与网喷支护基本相同，只是在每循环开挖前，距掌子面20cm于起拱线上2m处打超前锚杆，以40～60cm的间距沿拱周呈梅花型布置，外插角度约为30°，锚杆长3.0～5.0m，外露长度不大于20cm，直径为<22或<25。在挂网前支立钢支撑（116）或格栅钢架（4×<22），间距为50～100cm，打深锚杆固定钢支撑，并打锁脚锚杆固定，喷第二层砼的厚度增加至25～30cm。在特别破碎和松散的软弱岩层或断层带中，可采用超前管棚或固结灌浆与钢支撑和格栅钢架支护相结合的方法预防塌方；开挖前，打入超前管棚形成棚架，或将浆液注入围岩裂隙，使破碎的岩石固结为整体，增强围岩的承载力；开挖后，采取钢支撑、格栅钢架或衬砌砼支护，防止塌方。

　　在隧道施工中，用量测仪器观测、分析围岩的变形量和变形速率，推测其最大变形量，估算是否会发生塌方，提前做出预告，以确定合理的支护方法。

通过上述隧道塌方原因分析得知，地质资料不详细和设计不合理是设计方面的主要原因，支护和地质预报不及时是施工方面的主要原因。因此，为了预防隧道塌方，掌握地质情况、进行合理设计并及时采取合理的支护措施是十分必要的。根据岩层的破损程度，采取锚喷支护、网喷支护和组合支护等技术措施可以有效预防隧道塌方。