論文--大鞍口隧道塌方原因分析與處理

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1、隧道塌方原因分析與處理***（福建省第二公路工程有限公司）提要：從不良地質(zhì)、地形地貌及地下水等方面分析了隧道塌方的原因，從“新奧法”及“普氏平衡拱理論”論述了處理隧道塌方的依據(jù)，并提供了具體的塌方實例處理方案，可為類似工程提供參考。主題詞：隧道塌方原因處理依據(jù)實例1、塌方原因分析隧道開挖時，因土壓等作用和地層出現(xiàn)臨空面后的應(yīng)力調(diào)整，在軟弱圍巖內(nèi)產(chǎn)生裂縫或破壞，或者是由于圍巖內(nèi)有的層理和節(jié)理等松弛、剝離，使巖石和泥砂等發(fā)生大量塌落的現(xiàn)象，稱之為塌方。它是和剝落相類似的現(xiàn)象，但塌落的規(guī)模比剝落大。塌方過程大致為：開挖→圍巖塑性變形→支護過大變形→支護局部破

2、壞→支護與圍巖破壞失穩(wěn)→塌方。隧道開挖時、開挖后、施工支護后，甚至在襯砌之后，都可能發(fā)生隧道塌方。1．1不良地質(zhì)隧道穿過斷層及其破碎帶，或在薄層巖體的小曲褶、錯動發(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。當通過各種堆積體時，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。1．2地形、地貌因素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）隧道穿越地面構(gòu)造物，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、錯落、巖堆

3、、滑坡、人為坑洞、泥石流、斷層、流砂、膨脹巖、巖溶、巖爆等，這些都是常常引起塌方的地質(zhì)條件。1．3地下水因素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。巖層軟硬相間或有軟弱夾層的巖體，地下水的作用下，軟弱面的強度大為降低，因而發(fā)生滑塌。1．4其它原因隧道設(shè)計方面的原因：質(zhì)地調(diào)查不細、設(shè)計方案不適合圍巖，支護強度、剛度不夠。施工過程中存在的工藝操作、施工方法、施工技術(shù)、施工工藝等不符合施工技術(shù)規(guī)范要求，施工管理不到位，質(zhì)量意識、安全意識不強也是造成塌方的另外一個重要原因。2、塌方的處理依據(jù)2．1理解新奧法的基本要

4、點1）洞室開挖后，應(yīng)使圍巖自身承擔主要的支護作用，而襯砌只是對圍巖進行加固，使成為一個整體而共同發(fā)生作用。因此，須最大限度地保持圍巖的固有強度，以發(fā)揮圍巖的自承能力。如及時噴混凝土封閉巖壁，就能有效地防止圍巖松弛，而不使其強度大幅度降低，同時也不存在因頂替支撐而使圍巖變形松弛。總之應(yīng)使圍巖經(jīng)常處于三軸應(yīng)力約束狀態(tài)，最為理想。2）預計圍巖有較大變形和松弛時，應(yīng)對開挖面施作保護層，而且應(yīng)在恰當?shù)臅r候敷設(shè)，過早或過遲均不利。其剛度不能太大或太小，又必須是能與圍巖密貼，而要做成薄層柔性，允許有一定變形，以使圍巖釋放應(yīng)力時起卸載作用，盡量不使其有彎矩破壞的可能。

5、3）襯砌需要加強的區(qū)段,不是增大混凝土的厚度,而是加鋼筋網(wǎng)、鋼支撐和錨桿。4）為正確掌握和評價圍巖與支護的時間特性，可在進行室內(nèi)試驗的同時，在現(xiàn)場進行量測。量測內(nèi)容為襯砌內(nèi)的應(yīng)力、圍巖與襯砌間的接觸應(yīng)力以及圍巖的變位，據(jù)以確定圍巖的穩(wěn)定時間、變形速度和圍巖分類等最重要的參數(shù)，以便適應(yīng)地質(zhì)情況的變化，及時變更設(shè)計和施工。量測監(jiān)控是新奧法的基本特征，量測的重點是圍巖和支護的力學特征隨時間的變化動態(tài)。襯砌的做法和施作時間是依據(jù)圍巖變位量測決定的。5）巖層內(nèi)的滲透水壓力，必須采取排水措施來降低。2．2普氏平衡拱理論前蘇聯(lián)學者M·M普洛托雅克諾夫（簡稱普氏）以松

6、散理論為基礎(chǔ)，認為在松散介質(zhì)中開挖隧道后，隧道上方將形成拋物線的平衡拱，平衡拱高度h為：h=b/fm(m)式中：b平衡拱的半跨度（m），fm巖石堅固性系數(shù)。土層：fm=tgφ；巖石：fm=R/10。其中：φ土的摩擦角；R巖石的抗壓極限強度(MPa)，取值應(yīng)考慮巖石天然層理、裂隙及節(jié)理的影響。在隧道側(cè)壁穩(wěn)定時（假定坑道兩幫巖體穩(wěn)定（f>2），而坑道頂部巖體不穩(wěn)定，會發(fā)生冒落而形成自然平衡拱，即拱部塌方時，平衡拱寬度就是開挖寬度，即b=bt（圖—自然平衡拱力學模型1）當側(cè)壁不穩(wěn)定時，平衡拱寬度為：b=bt+H·tg（45°-φ/2），式中：H隧道凈高（m）

7、；bt隧道凈寬之半（m）（圖2）。2．3塌方穩(wěn)定分析及處理　塌方的處理必須建立在對塌方正確認識的基礎(chǔ)上，對塌方后的穩(wěn)定情況能否做出正確的判斷是制定處理方案的關(guān)鍵，如果方案不當或失敗，不但導致更大的經(jīng)濟損失，而且可能造成人員傷亡。一般的處理原則是先鞏固，防擴展，后處理的原則，要求處理塌方寧早勿遲，寧強勿弱。實踐證實塌方發(fā)生后在一定時間內(nèi)就會趨于穩(wěn)定，形成自然拱，而自然拱的高度、寬度與普氏平衡拱理論計算結(jié)果基本相符，以普氏平衡理論和“新奧法”原理為依據(jù)來指導塌方處理，經(jīng)實踐證明是行之有效的。對一般塌方可直接進行塌體處理，而對塌體破碎松散、影響范圍大的塌方一

8、般分為初期處理與塌體處理兩部分。1）初期處理的目的是為了防止塌體的繼續(xù)發(fā)展，一般分步采取如下措