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【摘 要】由于地质条件复杂，在隧道开挖过程中塌方现象时有发生，塌方一直是隧道施工中经常出现的工程事故及质量通病，及时有效的做好预防工作不仅能保障工程施工安全还能保证工期节省工程投入。该文简要阐述了隧道塌方的主要类型及其发生机理，在此基础上分析了塌方发生的原因并提出了常用预防和处治措施。
【关键词】隧道塌方；机理；原因；防治措施
【Abstract】Due to the complicated geological conditions, the phenomenon of collapse in the tunnel during excavation happens all the time. The collapse has also been a recurring engineering accidents and quality defects in tunnel construction. It is not only to protect the safety of the construction but also to guarantee period and save project investment. This paper briefly describes the main types and the mechanism of tunnel collapse, analysis of the reasons for the tunnel collapse and proposes the control measures.
【Key words】Tunnel collapse;Mechanism;Reason;Control measures
0.前言
公路隧道的开挖施工中，塌方作为一种比较常发的事故，会给隧道施工造成极大的危害，比如延误工期、出现比较严重的机械损失，甚至威胁着施工人员的生命安全。目前，国内很多在建的或者已建的隧道都有过塌方现象。防止塌方的发生、塌方出现后的治理工作已经成为隧道施工的关键所在。隧道施工中造成塌方的原因是多样的，有地质自然条件的原因也有人为施工方法、施工质量的原因。因此，防塌、治塌工作已经成为隧道施工的首要问题。国内大部分在建或已建的隧道均发生过不同程度的塌方，这不仅影响工程进度和施工期间及使用期间的安全，更直接影响到隧道的投资费用，如何减少隧道塌方，是施工和设计人员共同关心的问题。
1.塌方的主要类型及发生机理
1.1 洞口塌方
由于洞口段一般为堆积层或风化严重、破碎的岩体，其自稳能力及整体稳定性均较差，同时处于浅埋地段，若在进洞前未对边仰坡采取相应的技术措施或技术措施不到位时，进洞时或进洞后将可能引起洞口顶端的围岩发生应力重分布，在重力作用下出现下沉或开裂变形。当这些变形发展到一定程度时，极限平衡就被打破，导致大面积的整体失稳，从而发生坍塌。
1.2洞内塌方
洞内塌方包括洞内岩质塌方和洞内土质塌方，分别针对的是岩石隧道和土质隧道。当岩质隧道开挖时，其周边的岩石处于悬空状态，同时发生下沉或收敛变形，以释放其内部应力。由于岩石体内存在层理及节理，使周边的部分岩块在重力作用下，具有下落和挤出的趋势，若此时未采取相应的支护措施，岩面必然会出现“掉块”现象，当这种“掉块”的数量达到一定数值时，就是塌方。
同样，土质类隧道开挖以后， 由于围岩的硬度值较低，周边一定范围内很快发生松弛变形。随着这些变形的逐渐扩展，使围岩的整体强度降低，同时土压增加进而发生局部的塑性破坏，在围岩内部出现空洞造成局部发生坍塌，局部出现下沉，塑性区进一步扩大，土压力剧增最终导致整体失稳，大面积坍塌。
2.塌方的形成原因
塌方的原因有“天灾”也有“人祸”，“天灾”主要指隧道施工段的地质因素，而“人祸”主要包括设计因素和施工因素。
2.1 地质因素
地质因素主要包括以下几个方面：
地壳在构造运动的作用下，薄层岩体形成小褶曲，错动发育地段，隧道施工从此处通过，常发生塌方；隧道穿过断层及其破碎带，一经开挖，潜在应力释放，承压快，围岩失稳而塌方；通过各种堆积体时，由于结构松散，颗粒间无胶结或胶结差，开挖后引起塌方；隧道穿过浅埋或隧道进出口附近，围岩自稳能力差或受偏压影响，开挖中引起坍塌；岩层软硬相间或有软弱夹层的岩体，在地下水的作用下，软弱面的强度大大降低，因而发生塌方；地下水的软化、浸泡、冲蚀、溶解等作用，加剧岩体的失稳和塌方；围岩比较差、断层或节理面呈楔形状态，构成不利组合，在内应力或地下水的作用下，产生突然塌方，这种塌方是最不易观察和发现的，也是比较危险的。
2.2 設计因素
隧道施工前的设计对施工的安全性起着重要作用，如果在勘测设计阶段对隧道要经过的地段的地质情况掌握的不全，就不能正确地分析该地段是否存在着比较特殊的或者不良地质现象。如果不能正确分析，就有可能把隧道设在地质条件不好的位置，导致塌方发生。隧道设计还要考虑地质条件可能会发生的变化，并根据变化及时地对支护参数进行调整，否则，就有可能在施工时发生塌方事故。
2.3 施工因素
包括开挖方式、开挖方法不适合实际围岩类别；施工顺序不适合实际围岩类别；支护方式与方法不适合实际围岩类别；支护闭合时间过长；断面选择不当，如应选择小断面分部开挖，而不恰当地选择大断面开挖；二次衬砌施作时间选择不当，施作二次衬砌时间过迟，初期支护变形过大或部分失效，而发生坍方。施工作业安排不当，围岩暴露时间过长，而未能及时支护等等是都由于施工方式和顺序的不当引起的。
3.隧道塌方的征兆
3.1 预防施工塌方的措施
实施施工全过程的工程地质超前预报工作，通过工程超前预报，提前预测，发现前方不良工程地质状况，及时制定施工方案，呈报业主、监理工程师审批，确保施工方案的正确可行。全过程、全方位进行围岩量测。对已施工地段围岩及支护状况的安全、稳定作出定性、定量分析，反馈指导于施工。为维护围岩深层稳定，必要时建议增加预应力锚索，确保已开挖地段的工程地质体的稳定。
严格实施光面爆破施工技术，确保开挖周边轮廓的平整及顺直，并严格控制初期支护的施工质量，确保初期支护及时可靠，严格执行掘进爆破后及时喷射混凝土封闭开挖面的规定，使围岩与初支护及时组成一个承载体系，充分发挥围岩自身承载能力。
3.2 有效处理塌方的措施
3.2.1根据具体情况制定处理方案
（1）发生掌子面塌方主要是因为施工前对地质情况不了解或者施工不当引起的。要对塌方面采用早强锚杆和挂设钢筋网喷护混凝土措施，有需要的时候，也可以采用加长小导管超前支护，或者加强支护通过塌方段进行处理。
（2）初期支护后地段发生塌方，多是因为后期支护做的晚使得前期支护变形或者是初期支护强度不足，不能控制围岩变形等 对于这种塌方要强化监控量测力度，做好后期支护，加强支护，把钢筋网架于塌方洞内，采用加强支护通过塌方地段。
（3）对于塌方方量在500-2000m3的中型塌方，不能回填实塌方塌洞，在支护体顶面要做好保护层及坍塌缓冲层。
（4）塌方方量在2000m3上的大型塌方，一般进洞口都被堵塞，要在塌方体内挖洞，所以要对塌体进行注浆固结，比较常见的方法是采用可以一次通过塌体的长大管棚。然后再用小导坑贯穿开挖成洞，型钢等加强支护要紧跟上。
3.2.2根据地质与地下水情况制定处理方案
（1）完全由地质情况引起的塌方，要加固围岩，使用超前注浆支护，型钢钢架强支护方法通过塌方段。
（2）如果由于地质和地下水的原因引起的塌方，首先要对地下水进行堵、截、排的工作，水处理工作完成后再进行塌方处理。
（3）如果是冒顶塌方，要安排地表径流水排泄工作，以免引起塌方范围的扩大。
4.小结
隧道塌方会对工程的安全造成很大的危害，所以在施工过程中要采取有效的措施，避免塌方发生，把防塌、治塌作为重中之重。防塌就要在地质勘测上下功夫，为隧道设计提供较为全面的材料，提前勘察出不良地质，在此基础上制定出切合实际的设计。隧道施工中应严格遵循“短进尺，弱爆破，紧支护，勤量测”的指导方针，根据隧道坍塌征兆、监测成果采取必要的措施防止发生坍塌，在发生塌方后并根据具体情况采取相应的处理措施尽量减少损伤。并通过不断总结、创新，开发出更有效、更经济、更先进的防塌技术、设备、器材，彻底杜绝隧道施工坍塌现象。
【参考文献】
［１］王梦恕.中国隧道及地下工程修建技术[M].北京：人民交通出版社，2010.
［２］赵月明.浅谈隧道塌方的预防及处理[J].建筑与工程，2008.
［３］冷文彬.浅谈隧道塌方原因分析及有效处理措施[J].施工技术，2009.
［４］任文胜．隧道塌方原因分析及处理方案研究[J]．山西建筑，2008,(3).
【关键词】隧道塌方；机理；原因；防治措施
【Abstract】Due to the complicated geological conditions, the phenomenon of collapse in the tunnel during excavation happens all the time. The collapse has also been a recurring engineering accidents and quality defects in tunnel construction. It is not only to protect the safety of the construction but also to guarantee period and save project investment. This paper briefly describes the main types and the mechanism of tunnel collapse, analysis of the reasons for the tunnel collapse and proposes the control measures.
【Key words】Tunnel collapse;Mechanism;Reason;Control measures
0.前言
公路隧道的开挖施工中，塌方作为一种比较常发的事故，会给隧道施工造成极大的危害，比如延误工期、出现比较严重的机械损失，甚至威胁着施工人员的生命安全。目前，国内很多在建的或者已建的隧道都有过塌方现象。防止塌方的发生、塌方出现后的治理工作已经成为隧道施工的关键所在。隧道施工中造成塌方的原因是多样的，有地质自然条件的原因也有人为施工方法、施工质量的原因。因此，防塌、治塌工作已经成为隧道施工的首要问题。国内大部分在建或已建的隧道均发生过不同程度的塌方，这不仅影响工程进度和施工期间及使用期间的安全，更直接影响到隧道的投资费用，如何减少隧道塌方，是施工和设计人员共同关心的问题。
1.塌方的主要类型及发生机理
1.1 洞口塌方
由于洞口段一般为堆积层或风化严重、破碎的岩体，其自稳能力及整体稳定性均较差，同时处于浅埋地段，若在进洞前未对边仰坡采取相应的技术措施或技术措施不到位时，进洞时或进洞后将可能引起洞口顶端的围岩发生应力重分布，在重力作用下出现下沉或开裂变形。当这些变形发展到一定程度时，极限平衡就被打破，导致大面积的整体失稳，从而发生坍塌。
1.2洞内塌方
洞内塌方包括洞内岩质塌方和洞内土质塌方，分别针对的是岩石隧道和土质隧道。当岩质隧道开挖时，其周边的岩石处于悬空状态，同时发生下沉或收敛变形，以释放其内部应力。由于岩石体内存在层理及节理，使周边的部分岩块在重力作用下，具有下落和挤出的趋势，若此时未采取相应的支护措施，岩面必然会出现“掉块”现象，当这种“掉块”的数量达到一定数值时，就是塌方。
同样，土质类隧道开挖以后， 由于围岩的硬度值较低，周边一定范围内很快发生松弛变形。随着这些变形的逐渐扩展，使围岩的整体强度降低，同时土压增加进而发生局部的塑性破坏，在围岩内部出现空洞造成局部发生坍塌，局部出现下沉，塑性区进一步扩大，土压力剧增最终导致整体失稳，大面积坍塌。
2.塌方的形成原因
塌方的原因有“天灾”也有“人祸”，“天灾”主要指隧道施工段的地质因素，而“人祸”主要包括设计因素和施工因素。
2.1 地质因素
地质因素主要包括以下几个方面：
地壳在构造运动的作用下，薄层岩体形成小褶曲，错动发育地段，隧道施工从此处通过，常发生塌方；隧道穿过断层及其破碎带，一经开挖，潜在应力释放，承压快，围岩失稳而塌方；通过各种堆积体时，由于结构松散，颗粒间无胶结或胶结差，开挖后引起塌方；隧道穿过浅埋或隧道进出口附近，围岩自稳能力差或受偏压影响，开挖中引起坍塌；岩层软硬相间或有软弱夹层的岩体，在地下水的作用下，软弱面的强度大大降低，因而发生塌方；地下水的软化、浸泡、冲蚀、溶解等作用，加剧岩体的失稳和塌方；围岩比较差、断层或节理面呈楔形状态，构成不利组合，在内应力或地下水的作用下，产生突然塌方，这种塌方是最不易观察和发现的，也是比较危险的。
2.2 設计因素
隧道施工前的设计对施工的安全性起着重要作用，如果在勘测设计阶段对隧道要经过的地段的地质情况掌握的不全，就不能正确地分析该地段是否存在着比较特殊的或者不良地质现象。如果不能正确分析，就有可能把隧道设在地质条件不好的位置，导致塌方发生。隧道设计还要考虑地质条件可能会发生的变化，并根据变化及时地对支护参数进行调整，否则，就有可能在施工时发生塌方事故。
2.3 施工因素
包括开挖方式、开挖方法不适合实际围岩类别；施工顺序不适合实际围岩类别；支护方式与方法不适合实际围岩类别；支护闭合时间过长；断面选择不当，如应选择小断面分部开挖，而不恰当地选择大断面开挖；二次衬砌施作时间选择不当，施作二次衬砌时间过迟，初期支护变形过大或部分失效，而发生坍方。施工作业安排不当，围岩暴露时间过长，而未能及时支护等等是都由于施工方式和顺序的不当引起的。
3.隧道塌方的征兆
3.1 预防施工塌方的措施
实施施工全过程的工程地质超前预报工作，通过工程超前预报，提前预测，发现前方不良工程地质状况，及时制定施工方案，呈报业主、监理工程师审批，确保施工方案的正确可行。全过程、全方位进行围岩量测。对已施工地段围岩及支护状况的安全、稳定作出定性、定量分析，反馈指导于施工。为维护围岩深层稳定，必要时建议增加预应力锚索，确保已开挖地段的工程地质体的稳定。
严格实施光面爆破施工技术，确保开挖周边轮廓的平整及顺直，并严格控制初期支护的施工质量，确保初期支护及时可靠，严格执行掘进爆破后及时喷射混凝土封闭开挖面的规定，使围岩与初支护及时组成一个承载体系，充分发挥围岩自身承载能力。
3.2 有效处理塌方的措施
3.2.1根据具体情况制定处理方案
（1）发生掌子面塌方主要是因为施工前对地质情况不了解或者施工不当引起的。要对塌方面采用早强锚杆和挂设钢筋网喷护混凝土措施，有需要的时候，也可以采用加长小导管超前支护，或者加强支护通过塌方段进行处理。
（2）初期支护后地段发生塌方，多是因为后期支护做的晚使得前期支护变形或者是初期支护强度不足，不能控制围岩变形等 对于这种塌方要强化监控量测力度，做好后期支护，加强支护，把钢筋网架于塌方洞内，采用加强支护通过塌方地段。
（3）对于塌方方量在500-2000m3的中型塌方，不能回填实塌方塌洞，在支护体顶面要做好保护层及坍塌缓冲层。
（4）塌方方量在2000m3上的大型塌方，一般进洞口都被堵塞，要在塌方体内挖洞，所以要对塌体进行注浆固结，比较常见的方法是采用可以一次通过塌体的长大管棚。然后再用小导坑贯穿开挖成洞，型钢等加强支护要紧跟上。
3.2.2根据地质与地下水情况制定处理方案
（1）完全由地质情况引起的塌方，要加固围岩，使用超前注浆支护，型钢钢架强支护方法通过塌方段。
（2）如果由于地质和地下水的原因引起的塌方，首先要对地下水进行堵、截、排的工作，水处理工作完成后再进行塌方处理。
（3）如果是冒顶塌方，要安排地表径流水排泄工作，以免引起塌方范围的扩大。
4.小结
隧道塌方会对工程的安全造成很大的危害，所以在施工过程中要采取有效的措施，避免塌方发生，把防塌、治塌作为重中之重。防塌就要在地质勘测上下功夫，为隧道设计提供较为全面的材料，提前勘察出不良地质，在此基础上制定出切合实际的设计。隧道施工中应严格遵循“短进尺，弱爆破，紧支护，勤量测”的指导方针，根据隧道坍塌征兆、监测成果采取必要的措施防止发生坍塌，在发生塌方后并根据具体情况采取相应的处理措施尽量减少损伤。并通过不断总结、创新，开发出更有效、更经济、更先进的防塌技术、设备、器材，彻底杜绝隧道施工坍塌现象。
【参考文献】
［１］王梦恕.中国隧道及地下工程修建技术[M].北京：人民交通出版社，2010.
［２］赵月明.浅谈隧道塌方的预防及处理[J].建筑与工程，2008.
［３］冷文彬.浅谈隧道塌方原因分析及有效处理措施[J].施工技术，2009.
［４］任文胜．隧道塌方原因分析及处理方案研究[J]．山西建筑，2008,(3).