近幾年隨著隧道工程的大量增多,如何預(yù)防隧道塌方事故的發(fā)生成為基礎(chǔ)建設(shè)中個(gè)不得不面對(duì)的問(wèn)題。這就需要從隧道工程的點(diǎn)入手,了解塌方產(chǎn)生的原因,采取合理的開(kāi)挖方法和有的支護(hù)措施,預(yù)防隧道塌方的發(fā)生,保障施工安、節(jié)省工程投入。本文從塌方產(chǎn)生的原因入手,就預(yù)防塌方發(fā)生的方法作簡(jiǎn)要闡述。
、塌方產(chǎn)生的原因
?。ǎ┛陀^地質(zhì)條件
隧道工程是典型的地質(zhì)工程,地質(zhì)條件直接影響隧道塌方發(fā)生的概率。從地質(zhì)情況看主要有以下幾種情況:
1. 地下工程通過(guò)褶皺構(gòu)造、斷層、節(jié)理裂隙發(fā)育地帶;
2. 圍巖本身不穩(wěn)定或已割成碎塊,造成強(qiáng)度低、結(jié)構(gòu)松散,節(jié)理面有泥質(zhì)物及巖屑充填,并且支護(hù)的不及時(shí)而暴露時(shí)間過(guò)長(zhǎng),導(dǎo)致圍巖風(fēng)化嚴(yán)重;
3. 開(kāi)挖面通過(guò)斷層,突然遇到較高水壓富水洞段,地下水向洞室內(nèi)漏出,淘空了斷層構(gòu)造帶中破碎巖體和充填物;
4. 巖層產(chǎn)狀不利或因巖爆等諸多地質(zhì)原因。
?。ǘ┰O(shè)計(jì)的不足
在進(jìn)行初期勘察設(shè)計(jì)時(shí),由于對(duì)隧道所在區(qū)的地質(zhì)情況勘查了解不清,地質(zhì)資料不詳細(xì),對(duì)可能遭遇斷層、富水、巖爆、瓦斯等情況估計(jì)不足,對(duì)可能遭遇塌方以及產(chǎn)生塌方后的處理缺乏思想準(zhǔn)備和相應(yīng)的技術(shù)措施。或工期安排不合理,盲目追求進(jìn)度,對(duì)不穩(wěn)定圍巖沒(méi)有進(jìn)行及時(shí)有的支護(hù);再或是為減少工程投入,安支護(hù)參數(shù)過(guò)小,未能起到支護(hù)穩(wěn)定圍巖的作用,而終導(dǎo)致塌方的發(fā)生。
(三)人為原因
在隧道施工過(guò)程中****別是在開(kāi)挖過(guò)程中,由于施工人員對(duì)地質(zhì)情況了解不清,忽視圍巖細(xì)微變形,思想上麻痹大意,忽視開(kāi)挖后的監(jiān)控量測(cè),抱著盲目樂(lè)觀和僥幸心理,對(duì)不良地質(zhì)洞段沒(méi)有采取正確合理的開(kāi)挖方法,開(kāi)挖后支護(hù)不及時(shí)。在開(kāi)挖時(shí),爆破對(duì)圍巖的擾動(dòng)過(guò)大,開(kāi)挖后圍巖暴露時(shí)間過(guò)長(zhǎng),風(fēng)化程度加劇,或由于設(shè)計(jì)的原因,中途進(jìn)行擴(kuò)挖或更換支護(hù),造成應(yīng)力重分布,使得原來(lái)不應(yīng)塌方洞段,因巖體的應(yīng)力失穩(wěn)而產(chǎn)生塌方。
二、塌方的預(yù)防
()設(shè)計(jì)中對(duì)塌方的預(yù)防
塌方般發(fā)生在施工階段,似乎與設(shè)計(jì)關(guān)系不是很密切,因而人們往往忽視設(shè)計(jì)過(guò)程對(duì)塌方的預(yù)防,其實(shí)不然。設(shè)計(jì)過(guò)程對(duì)塌方的預(yù)防主要從以下兩個(gè)方面入手:
1. 進(jìn)行準(zhǔn)確的地質(zhì)情況勘察。隧道是典型的地質(zhì)工程,地質(zhì)條件是制約地下工程安、質(zhì)量、工程投資的關(guān)鍵因素,塌方的產(chǎn)生與地質(zhì)條件的好壞有著密不可分的關(guān)系,不良的地質(zhì)條件,如斷層、涌水、巖爆等都會(huì)直接導(dǎo)致塌方,地質(zhì)勘察的科學(xué)性、準(zhǔn)確性對(duì)預(yù)防隧道的塌方起著至關(guān)重要的作用,地質(zhì)資料的缺乏給隧道施工帶來(lái)很大的盲目性。因此在施工前,進(jìn)行詳盡合理的地質(zhì)勘察是非常必要的,選擇合理開(kāi)挖方法,及時(shí)采取有的支護(hù),預(yù)防塌方的產(chǎn)生。
2. 合理的設(shè)計(jì)。在掌握詳細(xì)的地質(zhì)情況后,合理的設(shè)計(jì)起到關(guān)鍵的作用。其,合理進(jìn)行隧道的選線,避開(kāi)不良地質(zhì)段;其二,選擇合適的支護(hù)參數(shù),既能滿足支護(hù)要求,又不增加工程投入。仰拱棧橋
?。ǘ┦┕み^(guò)程中塌方的預(yù)防
1. 施工過(guò)程中的地質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)。施工前設(shè)計(jì)階段的地質(zhì)勘察,只能從宏觀上分析整個(gè)隧道通過(guò)區(qū)的基本地質(zhì)情況,對(duì)可能出現(xiàn)的大斷層、富水洞段和高應(yīng)力段沒(méi)有標(biāo)識(shí),或由于設(shè)備、方法的簡(jiǎn)陋,對(duì)垂直埋深較大的洞段無(wú)法進(jìn)行勘察,造成局部地質(zhì)資料不足,因此施工過(guò)程中的地質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)必不可少。及時(shí)跟進(jìn)掌子面的地質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào),對(duì)可能出現(xiàn)的局部地段圍巖破碎引起失穩(wěn)、塌方和可能遭遇的斷層、涌沙、涌水都能及時(shí)預(yù)測(cè)清楚,能及時(shí)提醒施工人員采取合理的開(kāi)挖和支護(hù)方法,預(yù)防塌方的發(fā)生。
2. 不良地質(zhì)段塌方預(yù)防。隧道工程經(jīng)常會(huì)遇到軟弱圍巖、巖爆、富水以及瓦斯等不良地質(zhì)段,而這些不良地質(zhì)情況是造成塌方的重要原因。因此,不良地質(zhì)段的防塌工作顯得尤為重要。
1)Ⅳ、Ⅴ類圍巖等不良地質(zhì)段塌方的預(yù)防方法:
開(kāi)挖時(shí)的預(yù)防:當(dāng)隧道通過(guò)斷層、斷層影響帶,或巖石比較破碎,風(fēng)化嚴(yán)重;或巖層產(chǎn)狀、結(jié)構(gòu)不利組合地段時(shí),合理的開(kāi)挖方法,能很好預(yù)防塌方的發(fā)生。般采用方法:采用大管棚、小導(dǎo)管、超前錨桿等超前加固支護(hù)措施配合雙側(cè)壁導(dǎo)法、CRD法、CD法等分部開(kāi)挖工法。
強(qiáng)支護(hù)是預(yù)防塌方的主要措施:洞室開(kāi)挖后,圍巖般有定的自穩(wěn)時(shí)間(對(duì)別差地段可以采取超前支護(hù)),由于不支護(hù)的自穩(wěn)時(shí)間與巖石條件和洞室的跨度等多種因素有關(guān),圍巖不支護(hù)究竟能穩(wěn)定多長(zhǎng)時(shí)間,迄今為止內(nèi)外都沒(méi)有滿意的解決辦法。因此,在開(kāi)挖后及時(shí)對(duì)圍巖情況進(jìn)行準(zhǔn)確的判斷,在圍巖自穩(wěn)時(shí)間內(nèi)及時(shí)給予支護(hù),可有限制圍巖變形的自由發(fā)展,防止巖體因松動(dòng)、脫位而造成塌方。對(duì)地質(zhì)不良地段,主要采取錨噴、網(wǎng)噴、噴混凝土與鋼支撐或格柵鋼架相結(jié)合的支護(hù)方法。
加強(qiáng)圍巖變形觀測(cè)是預(yù)防塌方的有方法:變形現(xiàn)象是指隧道在巨大地壓作用下,圍巖屈服變形,拱壁向內(nèi)移動(dòng),隧道變窄的種地壓現(xiàn)象。地下洞室開(kāi)挖后,圍巖在重新穩(wěn)定過(guò)程中都存在變形,當(dāng)變形超過(guò)允許范圍時(shí),就會(huì)發(fā)生塌方。
新奧法施工中,通過(guò)量測(cè)儀器對(duì)圍巖的變形量和變形速率進(jìn)行觀測(cè)分析,推測(cè)其大變形量,估算是否會(huì)發(fā)生塌方,提前作出預(yù)告,以決定采取合理的支護(hù)方式、支護(hù)參數(shù)。目前采取的觀測(cè)方法有位移觀測(cè)、收斂位移觀測(cè)、壓力量測(cè)等,常用是收斂位移量測(cè),即量測(cè)隧道周邊或結(jié)構(gòu)物內(nèi)部?jī)艨粘叽绲淖兓8魉淼蓝词以试S變形量標(biāo)準(zhǔn)不盡相同, 我在家標(biāo)準(zhǔn)《錨桿噴射混凝土支護(hù)技術(shù)規(guī)范》中對(duì)洞周容許相對(duì)收斂量進(jìn)行了規(guī)定。
2)巖爆引起塌方的預(yù)防方法
巖爆產(chǎn)生機(jī)理:巖爆是高應(yīng)力區(qū)地下洞室開(kāi)挖中圍巖脆性破壞時(shí)應(yīng)變能突然釋放所造成的種動(dòng)力失穩(wěn)現(xiàn)象。由于巖體中儲(chǔ)藏的能量通常以彈性變形的形式儲(chǔ)聚,高應(yīng)力集中區(qū)內(nèi),彈性變形越大,儲(chǔ)備的能量越多,開(kāi)挖后圍巖表面應(yīng)力被解除,具有高度彈性的脆性巖層由于爆破沖擊波的作用,動(dòng)應(yīng)力和應(yīng)變靜應(yīng)力疊加和釋放產(chǎn)生了脆性斷裂,形成了巖爆。
開(kāi)挖時(shí)的預(yù)防:隧洞爆破開(kāi)挖,既可以使圍巖應(yīng)力得到部分釋放,也可以產(chǎn)生新的應(yīng)力集中,發(fā)生巖爆。因此,在可能發(fā)生巖爆區(qū)段內(nèi)采取二次開(kāi)挖,先開(kāi)挖上半斷面,減小光面爆破的周邊眼間距,且盡量分布均勻,以使開(kāi)挖輪廓線相對(duì)圓順,減少新的應(yīng)力集中。周邊眼采用小藥卷或間隔裝藥,爆破時(shí)導(dǎo)爆管段位增加,降低同段起爆藥量,以盡量減少爆破對(duì)圍巖的擾動(dòng)。
3)富水洞段塌方的預(yù)防
在地下水豐富的斷層破碎帶,大量的滲水、淋水甚至于涌水的部位,不僅影響施工的進(jìn)度和質(zhì)量,還容易造成塌方。在此種地段施工時(shí),及時(shí)排水是預(yù)防塌方的關(guān)鍵,在了解巖石節(jié)理裂隙破碎帶的走向、傾向和傾角后,根據(jù)水量的多少可采用下面幾種方法:
,對(duì)于少量集中滲水、淋水地段,在將要通過(guò)的透水層部位布置定數(shù)量的排水孔或埋設(shè)排水管,將滲、淋水集中到排水孔內(nèi)導(dǎo)出,稱為排水孔法或排水管法;也可以通過(guò)在鋼筋網(wǎng)背后鋪過(guò)濾層或隔水層,將其固定在圍巖上,通過(guò)軟管邊排水、邊噴射混凝土,稱為金屬網(wǎng)法;
二,如遇較大涌水,在支護(hù)時(shí)對(duì)主要涌水出水口暫不進(jìn)行封堵支護(hù),待涌水減小或沒(méi)有時(shí),再進(jìn)行支護(hù)或進(jìn)行固結(jié)封堵,迫使水流改變流向。
三,對(duì)于地下水壓較大、含水量豐富地段,采用超前加固支護(hù),排堵給合等措施,進(jìn)行綜合治理。
4)瓦斯洞段塌方的預(yù)防
瓦斯是從煤層中突出的種可燃可爆氣體。當(dāng)隧道穿過(guò)含有煤層的洞段時(shí),不僅要注意煤層的穩(wěn)定問(wèn)題,更應(yīng)防范瓦斯爆炸所引起的塌方,對(duì)空氣中的瓦斯?fàn)顩r進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)控。因此,這種情況下預(yù)防塌方的方法主要是及時(shí)向洞內(nèi)通風(fēng),將洞內(nèi)瓦斯氣體稀釋并排出。在施工時(shí)要嚴(yán)格采用用設(shè)備,采用正確的施工方法,減少引發(fā)氣體爆炸的火花、火星產(chǎn)生。鋼模臺(tái)車
3.消除人為因素影響,預(yù)防人為造成的塌方
由于施工人員為了搶施工進(jìn)度,對(duì)圍巖的自穩(wěn)能力過(guò)于樂(lè)觀,或由于地質(zhì)條件直較好,思想上過(guò)于麻痹,對(duì)突然出現(xiàn)的斷層等估計(jì)不足,準(zhǔn)備不充分,很容易造成塌方。
為此在隧道的施工過(guò)程中,要對(duì)工期作合理的安排,在思想上要有對(duì)可能出現(xiàn)的各種不良地質(zhì)情況有打持久戰(zhàn)的準(zhǔn)備,在技術(shù)上對(duì)可能遭遇的塌方有詳細(xì)對(duì)應(yīng)的技術(shù)措施。當(dāng)出現(xiàn)斷層或其它不良地質(zhì)現(xiàn)象時(shí),定要對(duì)地質(zhì)情況作詳細(xì)的分析,充分了解圍巖點(diǎn)和其穩(wěn)定性,按照就低不就高的原則進(jìn)行開(kāi)挖和支護(hù),并且加強(qiáng)圍巖的變形觀測(cè)和分析,對(duì)超過(guò)允許范圍的較嚴(yán)重變形洞段應(yīng)及時(shí)采取相應(yīng)的支護(hù)措施,抑制圍巖的進(jìn)步變形,能很好預(yù)防塌方的發(fā)生。