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1、隧道坍方原因分析李檜祥李朝忠中鐵隧道集團有限公司洛陽471009摘要：文章從理論與實踐上討論丁隧道工程師最為關心的隧道坍方問題，從自然因素、工程因素、人為因索、以及技術與管理方面深入分析了隧道坍方原因。關鍵詞：隧道坍方原因隧道開挖時，因土壓等作用和地層出現(xiàn)臨空面后的應力調整，在軟弱圍巖內產牛裂縫或破壞，或者是由于圍巖內已有的層理和節(jié)理等松弛、剝離，使巖石和泥砂等發(fā)生人量坍落的現(xiàn)象，稱之為坍方。它是和剝落相類似的現(xiàn)象，但坍落的規(guī)模比剝落大。坍方過程大致為：開挖一圍巖塑性變形—支護過大變形一支護局部破壞
2、一支護與圍巖破壞失穩(wěn)一坍方。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)牛?隧道坍方。引起隧道坍方的原因有多種，概括起來可歸納為：自然因索一一即地質和水文地質條件及具變化；工程因素——即在平衡穩(wěn)定或未平衡穩(wěn)定的巖土體中修建隧道施工中，引起地質和水文地質的變化；人為因索——即不合理、不適當?shù)脑O計，不合理、不適當?shù)氖┕し椒ǖ取?不良地質和水文地質條件及地形、地貌因素1.1不良地質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，一經開挖，潛在應力釋放快、圍巖失穩(wěn)，小則引起圍巖掉塊、
3、坍落，大則引起坍方。當通過各種堆積體時，由于結構松散，顆粒間無膠結或膠結差，開挖后多引起坍塌。1.2地形、地貌因索1.2.1隧道穿越地層覆蓋過薄地段如在沿河傍山等偏壓地段、溝谷凹地淺埋和丘陵淺埋地段，都極易發(fā)生坍方。1.2.2隧道穿越地表水源如水塘、水庫、溝槽、沖溝等地段：1.1.3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，1.2.4影響隧道洞口安全L隧道洞身穩(wěn)定的不良地質和特殊地層崩坍、錯落、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)坍方的
4、地質條件。鐵路隧道囤巖分級屮的III級用巖：拱部無支護時，可產生小坍方，爆破振動過人時易坍方；IV圍巖：拱部無支護FI寸，可產生較人的坍方，側壁有時失穩(wěn)；V級圍巖：圍巖易坍方，處理不當會出現(xiàn)大坍方，側壁經常小坍方;淺埋時易出現(xiàn)地表下沉和坍方至地表;VI級圍巖:極易坍方,極易變形，冇水時會發(fā)生流泥流砂，淺埋時易坍方手地表，地質多變地段容易發(fā)生坍方，尤其在軟硬巖交界和地質突變處更容易發(fā)牛坍方。1.3地下水因素水是造成坍方的重要原因Z-o地下水的軟化、浸泡、沖蝕、溶解等作用加劇巖體的失穩(wěn)和坍落。巖層軟硬相
5、問或有軟弱夾層的巖體，在地下水的作用下，軟弱面的強度人為降低?因而發(fā)生滑坍。地表水源對圍巖的長期作用，如降雨陣雪，雨水和冰雪融化后滲人士體引起坍方。1.4巖石化學因索1.4.1含粘土質1.4.2蒙脫石、伊利巖礦物含量以上化學成份，可使巖層具膨脹性，隧道施工遇到時易發(fā)生坍方。2巖土力學與支護力學方面的因素2.1巖土丸學因索1.1.1流動性2.1.2流塑性2.1.3半塑性、塑性2.1.4流變性2.1.5擠壓型1.1.6高地應力狀態(tài)2.2地層結構因素巖層結構不是均質體，不是連續(xù)體，圍巖變化大，工程地質與水
6、文地質條件相當復雜等因素。2.3支護力學因素1.3.1開挖后局部落石引發(fā)圍巖第二個臨空面，形成一個坍方因素。2.3.2開挖后圍巖周邊凹凸過大，應力集中明顯。2.3.3爆破后松弛范圍過大，荷載過大，在圍巖無約束(無支護)吋則會引發(fā)坍方。1.3.4理論與實踐都證明自然拱是存在的，但是其大小按公式計算也很難與實際相符。在自然拱以F的巖層總是可能坍落。2.3.5地下水與地表水、地表用、雪滲入洞內的影響：對FEI巖起軟化作用和動水作用。2.3.6在軟弱地層中開挖時，應力的變化會使迅速接近或超過巖體強度。當應力
7、超過強度，巖體將處于塑性不平穩(wěn)狀態(tài)直至坍塌。此吋，不及吋加固則發(fā)生坍方。2.3.7開挖后，相嵌地層冇相嵌承載作用存在(似十砌石相嵌)，但暴露時間過長，破壞了相嵌支承作用。2.3.8初期支護不封閉，始終處在不完全穩(wěn)定狀態(tài)，拱腳下沉過大或未閉合部位變形過大，初期支護整體失穩(wěn)破壞。2.3.9初期支護不強，常常發(fā)生剪切破壞。2.3.10初期支護剛度不強，側壓力過大時容易引起支護變形失穩(wěn)。2.3.11初期支護已完全成壞閉合，但術及時襯砌，對于其有流變狀態(tài)的圍巖，由于支護一直在變形，局部變形超過極限引發(fā)整體失穩(wěn)
8、破壞。2.4工程結構因素2.4.1凈空跨度大；2.4.2斷血血枳太大時的分部開挖面積較大或全斷血開挖血枳大。2.4.3斷面形狀扁平、高窄；2.4.4隧道結構交叉口。2.5其它力學因素2.5.1特殊或意外的外部作用條件2.5.2動荷載的影響3隧道設計方面的因素(1)地質調查不細，未能作詳細的分析，或未能查明可能坍方的因素。一旦隧道施工開始，也未能補鉆補勘。2)由于設計所提供的地質及水文地質資料不詳，或與實際出入較人，引起施工指導或施工方案的失誤。(3)設計支護方法不適合
