大断面隧道塌方机理与安全性控制研究.pdf

云南水力发电YUNNAN WATER POWER179第 40卷第 1期0 引言通过对已有文献的综述和实际工程案例的分析，旨在对大断面隧道塌方机理及相关安全性控制策略进行全面探讨和研究。着重聚焦于大断面隧道工程的特殊性质和塌方机理的研究，在此基础上，结合先进的工程技术和实践经验，提出一系列有效的安全性控制措施1-2，为大断面隧道工程的安全施工和运营提供有力支持。1 大断面隧道塌方机理分析1.1 大断面隧道工程的特点和影响因素大断面隧道工程是地下工程中一类特殊的工程类型，其特点和影响因素有以下几个方面。1）工程规模庞大。大断面隧道相对于一般隧道而言，横截面面积更大，通常用于承载大量交通流量或水利流量，工程规模较大。2）地质条件复杂。大断面隧道工程所处的地质条件多样化，包括了软弱的黏土地层、坚硬的岩石地质等，使得地质情况的复杂性成为塌方风险的主要来源之一3。3）支护难度较大。由于断面较大，对支护结构的要求更高，需要考虑合适的支护结构类型和参数，以确保隧道的稳定性。4）地下水问题。隧道工程通常会受到地下水大断面隧道塌方机理与安全性控制研究李志军（中国水利水电第十四工程局有限公司，云南 昆明 650041）摘要：隧道工程在现代城市建设中起到了至关重要的作用。大断面隧道因其具备较高的通行能力以及良好的通风条件，被广泛应用于城市地下交通、水利工程等领域。然而，随着隧道工程规模的不断扩大，大断面隧道的安全问题也逐渐引起了人们的关注。隧道塌方作为大断面隧道工程中的一种常见事故类型，一旦发生，往往会导致严重的人员伤亡和财产损失。因此，深入研究大断面隧道塌方的机理以及相应的安全性控制措施显得尤为重要。关键词：大断面隧道塌方；隧道塌方机理；安全性控制；稳定性中图分类号：TV554文献标识码：B文章编号：1006-3951(2024)01-0179-03DOI：10.3969/j.issn.1006-3951.2024.01.044Research on the Mechanism and Safety Control of Large Section Tunnel CollapseLI Zhijun(POWERCHINA SINOHYDRO ENGINEERING BUREAU 14 CO.,LTD.,Kunming 650041,China)Abstract:Tunnel engineering plays a crucial role in modern urban construction.Large section tunnels are widely used in urban underground transportation,water conservancy engineering,and other fields due to their high traffic capacity and good ventilation conditions.However,with the continuous expansion of tunnel engineering scale,the safety issues of large section tunnels have gradually attracted peoples attention.Tunnel collapse,as a common type of accident in large section tunnel engineering,often leads to serious casualties and property damage once it occurs.Therefore,it is particularly important to conduct in-depth research on the mechanism of large-scale tunnel collapse and corresponding safety control measuresKeywords:large section tunnel collapse;tunnel collapse mechanism;security control;stability收稿日期：2023-12-08作者简介：李志军（1990-），男，云南大理人，工程师，主要从事公路工程施工管理工作。*180云南水力发电2024 年第 1 期的影响，地下水位的变化可能会导致隧道结构的变形和地质条件的不稳定，增加了塌方的风险。5）地震影响。如果隧道工程位于地震频发地区，地震的发生可能会对隧道的稳定性产生重大影响，因此抗震设计和支护措施的重要性不可忽视4。1.2 可能导致隧道塌方的机理和原因大断面隧道塌方往往是由于多种因素相互作用导致的地下工程灾害，主要的机理和原因有以下几点。1）地质条件影响。不同地质条件会对隧道的稳定性产生显著影响。软弱的黏土地层容易发生变形，岩石地质可能存在裂隙导致支护困难，因此地质条件的不同会直接影响隧道的稳定性。2）地下水问题。地下水的变化可能导致隧道结构的变形，特别是在软弱地层中，地下水的压力会使隧道壁面产生挤压变形，增加了塌方的风险。3）支护结构设计和施工质量。支护结构的设计是否合理以及施工质量的控制对于隧道的稳定性至关重要。如果支护结构设计不当或施工质量差，可能会导致隧道结构的失稳5。4）地震影响。在地震频发地区，地震力的作用会导致隧道结构的振动和变形，从而增加了塌方的危险性。5）施工阶段操作不当。施工阶段的操作如果不符合规范或者操作不当，可能会对隧道的稳定性产生负面影响。综上所述，大断面隧道塌方的机理和原因是一个涉及地质条件、地下水、支护结构、施工质量等多方面因素的复杂问题。因此，在隧道工程的各个阶段都需要充分考虑这些因素，采取相应的控制措施，以确保隧道的安全稳定。2 实例分析与案例研究2.1 案例一，城市地铁大断面隧道塌方1）情况描述。北京地铁 10 号线西直门站北段隧道塌方，涉及 1 条大断面隧道的建设。在施工过程中，隧道工程所处地质条件较为复杂，包括了软弱的黏土层和含水层。然而，由于在地质勘察阶段未能充分预测到地下水位的波动和黏土地层的变形特性，隧道工程的一侧在挖掘过程中发生了严重的塌方事故。2）问题分析。该案例中在地质勘察阶段，未能充分预测地下水位的变化，导致了在施工阶段无法及时采取相应的排水措施，使得地下水的压力过大，引发了隧道的塌方。对于软弱的黏土地层，未能采取有效的支护措施，使得隧道工程在施工过程中缺乏足够的稳定性保障6。3.2 案例二，地震对大断面隧道的影响1）情况描述。在 2008 年汶川地震中，成都至都江堰高速公路上的多个大断面隧道受到了严重影响。其中，部分隧道的墙体和顶部出现了裂缝，一些支护结构也受到了不同程度的破坏。2）问题分析。该案例强调了地震对大断面隧道工程安全的重要影响。在地震频发地区，应在设计阶段加强抗震设计，采用合适的抗震支护结构和材料，提高隧道工程的抗震性能，以保证地震发生时隧道的安全稳定。通过上述案例分析，可以看到不同地质条件、工程类型和施工阶段会对大断面隧道的稳定性产生不同的影响。因此，需要在隧道工程的各个阶段充分考虑到地质条件、工程结构和施工工艺，以保证隧道工程的安全稳定。3 安全性控制措施根据前述的机理分析和案例研究，提出以下一系列安全性控制建议，以保障大断面隧道工程的安全稳定。1）地质勘察与预测技术的提升。建议采用先进的地质勘察技术，如地质雷达、地震勘探等，全面了解地下地质条件，以便在工程设计阶段充分考虑地质因素对隧道稳定性的影响7。2）支护结构的优化设计。根据具体地质条件，选用合适的支护结构类型和参数，包括钢架支护、喷锚锚杆支护等，以保证隧道结构的稳定性8。3）施工工艺的创新。针对特殊地质条件，选择合适的施工方法和工艺。如在软弱地层中，应优先考虑盾构掘进等先进的机械挖掘技术。4）排水与防渗措施。建议建立有效的排水系统，及时排除地下水，减缓地质压力，保证隧道工程的稳定性。对于含水层地质条件，应加强对水文地质特征的研究，以制定相应的排水方案。李志军 大断面隧道塌方机理与安全性控制研究1815）定期检测与监测。建议在隧道工程建设完成后，建立定期的检测与监测机制，对隧道的结构变形、地下水位、地质情况等进行实时监控。发现监测数据异常，应该及时采取措施，保证隧道施工安全9。6）抗震措施。对于地震频发地区的隧道工程，应在设计阶段加强抗震设计，采用合适的抗震支护结构和材料，提高隧道工程的抗震性能，以保证地震发生时隧道的安全稳定。4 新型技术和方法在隧道工程中的应用随着科技的发展，一些新型技术和方法在隧道工程中得到了广泛应用，为提升隧道工程的安全性和效率提供了有力支持。1）盾构技术。盾构机是一种可以在地下开挖隧道的机械设备，相对于传统的爆破法，盾构技术具有挖掘效率高、对周围环境影响小等优点，尤其适用于软弱地质条件下的隧道工程。2）地下连续墙技术。地下连续墙技术可以在隧道建设过程中采用，通过先行施工地下墙体，再进行挖掘，从而提升隧道的稳定性和安全性。3）BIM 技术。建筑信息模型（BIM）技术可以在隧道工程的设计和施工阶段提供全方位的信息管理和模拟，使得工程各个阶段的设计、施工和监测更为精准。4）先进的监测与预警系统。利用先进的监测与预警系统，可以实时监测隧道工程的变形、地下水位等情况，提前发现异常情况，从而采取相应的措施保障工程的安全10。通过引入这些新型技术和方法，可以提高隧道工程的施工质量和安全性，为大断面隧道工程的建设提供了新的手段和保障。5 结束语通过从地质勘察到设计到施工的一系列技术措施研究，为大断面隧道工程的安全施工和运营提供了一系列有力的保障措施，这些措施的应用，为大断面隧道工程的安全性和稳定性提供了可靠的保障。参考文献：1张永盛.隧道工程岩体结构与塌方机理研究J.中国矿业大学学报，2009,38（1）:58-62.2 杨志超,朱君超.大断面隧道开挖支护中围岩控制与支护研究 J.公路交通科技，2018,35（6）:143-147.3李九连,王怀林,张丽.隧道工程中的地质灾害及防治对策J.中国公路，2006,（10）:40-43.4陈亮,张国伟.大断面隧道围岩稳定性分析及支护措施研究J.岩土工程学报，2019,41（12）:2258-2266.5 张立建,张华.大断面隧道工程施工中的围岩稳定性控制研究 J.岩土力学，2018,39（S2）:386-392.6 赵立业,张振军,刘晓明.大断面隧道顶板结构参数敏感性研究 J.岩土力学，2010,31（11）:3573-3577.7魏华,朱佰民.大断面隧道施工中围岩控制与支护技术研究J.煤矿安全，2019,50（10）:231-234.8王小明，蔡 丽亚，许元，等.长河坝水电站 4-2 公路隧道连续涌水段塌方处理措施J.云南水力发电，2014,（2）:100-102.9 王红,李德全.大断面隧道工程施工中的围岩控制与支护技术 J.隧道建设，2017,（6）:664-668.10段云昆，沈如东，章鸿津，等.广蓄二期工程尾水洞出口不良地质段大断面开挖施工J.云南水力发电，1997，48（3）:35-39.