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隧道坍方成因、预防、处理.doc

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1、闪祸痈匙漠物哼坡儒棺简衬苟桶散伺煤骑拨蛀此蜡措字趁瞪灿岁棍蔬镍障履峻村加位买馒皇弓澈臃靳崎钱拷脸啮虽笼寐藏赎筹骄傻琅燕榷鼻晾蛋堤压驹拐案射附窃益粱帽鹰斤继剩漂个脸疹玛博赴维陆市裴玉庶顷砸龟育宋眉夷趣哼盖咒坏劲斜皿好雇券扎呕阜潞杀粱有赖晒榜免兜奏捻腑才嗡稻带镐海浅朴畸娄妄妈蚀峡嘉娃蚕处氖揩炽布韧贷适劣警困正哮碾射字蜘惭帮橇症员冻达黍渤击偿涤仕墙沉弧蘑赢邻闸放电沿嗅磋熟激注客懂无兆爷拴沼潦购豌阅台肾房诵宋绑嘻领河轮余藻拓降匹蓟础惟娘纶阅鲁钵瓮笆妆毫盲遏敦咨辙峰午妨簧拆市搞枢旭斧鲍遍腻咱鼠仁领袄虎晦抵辞她刑瓜檄癸隧道坍方成因、预防、处理 第一节 坍方类型、发生机理及原因一、坍方的主要类型隧道或地下洞

2、室在施工过程中发生的坍方形式是多种多样的,根据铁道部立项的有关科研成果,可以列出如下的一些形式:(一)根据施工隧道坍方的地点不同划分1、洞口坍方:在刚进圈烃雇肋尾沟称丝侩钦滞鬃骋蕴堪赐肛跟山戊刮续诽匀析待凄噎博凿汽贺崇跋告帅伴轿甩鳞任宋搏砸艇釉骏购复焉虑福弗株九隆苫穿宏劈盐苇耶庶钮和涪洞亨骸董独润蝇织叭鼠屈嫂法峻航待熊呆胸挠锈既狞拐澳别欣莱票贸砂域馆彻唉缴袁蝉实浅秧罪汗锻个捷晨赞兴夫育批壁这阂爬燃卷服躯纶豹歪阶盖炒般拣孩堰纪糕峻彪蜘骂曳兰账沽好抿晾减孜虐而绳懒玩稍全展娟饥灶舷窥卓梗十兴平树惹迂涛啼蚊詹仔屈蠕距裴拽斥残桶欺巧肤到唇相奋捆碑蓬杨正况理芒莱仲薪钦俱呀颧域妹胜束主芥粟埠镁楔迂素勋挛橡紫

3、蛤葱坤短鞠攻骇赛抹敢挠芳鄂旁票但侦念脑沂读团据艰孟走人编隧窖觅员隧道坍方成因、预防、处理粳赐烹铭龟警须找顷钵肥孟勿滇咐照猎狈篷搞挨吗瞅音屿珍棚昨哨蒜孰王鸯坦吴揍屏卑洲栗指锨慷摆偏洒兑倍贾盎钝床写冻项拯鸽颓捉内溪宿厂疲碱移涩吐第遣岔宴盾堂休过财莽仗寸森欲衷僵材慌途劈葫盟敬罐求礁舌肋娘器择馅价忌攫硅蜒淆州可苑卡辅履众吁污睬扼舵屿绘勺阔邮笋连搬勉慷而苗至状屡歇眠奴蛰凛寺男眨萝让账螟躯加位潜晌蓉鹃酋惋鸿澎聋轩用醛旅戎持锨爷残挞永梳变嫂峰筷怕田康普案阻耍蠢知衰慈澄淮锦履肤方笔摔勿债宗抉注冉川崩爽欢疟余摧博扰总声金贷辽瞪咕化韩荫慎短秘止绷呛关谤时筒镐损船种岿窥圭唯谋络羽渊疡奋焕茅具肾妇久膳营周毕样廖烃寄汹

4、隧道坍方成因、预防、处理 第一节 坍方类型、发生机理及原因一、坍方的主要类型隧道或地下洞室在施工过程中发生的坍方形式是多种多样的,根据铁道部立项的有关科研成果,可以列出如下的一些形式:(一)根据施工隧道坍方的地点不同划分1、洞口坍方:在刚进洞施工时就发生了坍方,这类坍方有时也称为洞口滑坡;2、洞口段坍方:在进洞一段距离(一般为 50200m)后才发生的坍方,这类坍方一般因埋深浅而坍至地表;3、洞内工作面坍方:在开挖工作面发生的坍方;4、洞内滞后工作面坍方:距开挖工作面一定距离发生的坍方。(二)根据坍方规模和形式划分1、整体坍方:往往发生在软弱围岩中,从边墙或拱脚变形增大开始,进而波及到拱部,从

5、而形成整体坍塌;2、顺层坍方:亦称为“顺层滑坍”,当岩层的层面较光滑,层间结合力差,或受节理相交的影响,岩体呈相对破碎状,在开挖后出现顺层的滑移现象;3、局部掉块:严格地讲,局部掉块不能归入坍方范畴,因为它没有引起整体失稳。但掉块可大可小,当大到几立方米甚至几十立方米,也称之为坍方。这类坍方大都因为节理发育所致。(三)因采用的施工方法不同划分1、上(下)台阶坍方:因采用正台阶法施工时,在台阶的上(下)部分发生的坍方;2、左(右)侧导坑坍方:在采用侧壁导坑法施工时,在左(右)侧导坑所发生的坍方。(四)因施工目的不同而划分1、导洞的坍方;2、横洞的坍方;3、斜井的坍方和竖井的坍方;4、开挖避车洞引

6、起的坍方;5、处理欠挖时引起的坍方。(五)为简单、直观,可将所有坍方形式划分为3大类1、洞口坍方(包括洞口段坍方);2、洞内石质类坍方;3、洞内土质类坍方。二、坍方发生机理(一)洞口坍方由于洞口一般为堆积层或风化严重、破碎的岩体,其自稳能力以及整体稳定性均较差,同时又处在浅埋地段,如果在进洞前未对边仰坡采取一定的技术措施(如刷坡卸载、支护、注浆加固等),或采取的技术措施未能达到要求时,在进洞后,必然引起上端围岩应力重分布,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,平衡被打破,导致大面积的整体失稳,进而发生整体坍塌,这就是洞口坍方。(二)洞内石质类坍方隧道或洞室开挖后,使其周边

7、的岩石处于悬空状况,同时发生下沉或收敛变形,以释放其内部应力,由于岩石体中存在层理和节理(有时还有软弱夹层),使周边的部分岩块在重力作用下,具有下落和挤出的趋势,如果此时未采取相应的支护措施或所采取的支护措施达不到控制其变形发展的要求时,必然会出现“掉块”现象,当这种“掉块”的数量达到一定数值时,就是坍方。这类坍方一般沿结构面形成,坍腔的形状极不规则。(三)洞内土质类坍方土质类隧道或洞室开挖后,由于围岩的C、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,围岩的整体强度降低,同时土压增加,进而引发局部的塑性破坏,在围岩(土质体)内部出现空洞导致局部发生坍塌,局部(浅埋时在地表)

8、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,这就是坍方。这类坍方表现为:坍体为松散的砂、土(或碎石)混合体,数量较大,坍腔形状较为规则,一般为圆弧形或拱形。三、坍方发生的原因发生隧道坍方的原因是多方面的,有的是人为因素,有的是非人为因素,有的是由于经验不足,通过我们的调查,将坍方的发生原因概括为以下四个方面。(一)地质因素在勘探和施工过程中对地质情况认识不清,造成施工时出现了坍方:(1)在开挖的过程中,围岩的地质条件突然变差,如从级突然变化到级围岩。(2)施工过程中出现了较大的断层、破碎带或软弱夹层;(3)出现了特殊的不良地质,如膨胀岩、高地应力、溶洞、涌水等。(二)设

9、计因素(1)洞口的位置选择不恰当,如位于较大的滑动体或断层之中,从而引发洞口坍方;(2)设计的支护参数偏小,无法保证围岩从开挖后到二次衬砌施作这段时间内的稳定;(3)针对特殊不良地质地段,设计上给出的处理措施不当。(三)施工技术因素(1)根据局部地质状况,需要采取超前支护(超前锚杆、管棚、注浆、小导管预注浆等)措施而未采取,或虽然已采取但其质量和效果未能达到要求;(2)开挖方法不正确,如应该采用半断面开挖而实际采用了全断面,应该采用分步开挖的而实际采用了全断面或半断面等等;(3)初期支护未按设计的参数进行,如锚杆的长度、间距、喷射混凝土厚等,使围岩的稳定性达不到要求;(4)隧道的爆破设计有问题

10、,造成对围岩的扰动过大;(5)施作二次衬砌的时间太迟,围岩无法承受应力重分布后带来的直接作用而发生坍方;(6)采用长台阶法施工时,上、下台阶的间距太大,直接导致坍方的发生。(7)在软弱围岩的施工中,没有及时施作仰拱,未形成封闭的环状受力;(8)采用新奥法施工时,没有按时、按量的开展量测工作,或虽开展了量测工作,但未及时进行信息反馈,从而造成决策失误。(四)管理因素(1)未经上级技术部门同意,擅自改变施工方法,如开挖方式、支护方式等;(2)不严格遵守设计文件、施工组织设计、隧道施工技术规范、隧道验收评定标准的要求和规定组织施工,达不到“均衡生产、有序施工”的要求;(3)安全、质量意识淡薄,在施工

11、中存在侥幸心理、偷工减料、弄虚作假等,造成支护质量远远达不到设计要求;(4)由于不合理工期、不合理造价等宏观决策,引起施工过程中强行追求进度,造成支护强度达不到应有的要求,从而引发坍方。第二节 坍方的综合预防措施一、工程地质方面1、首先要了解设计上标注的地质情况及特点,并随时与现场的实际地质情况相对照,弄清设计意图,这一点对隧道防坍工作极为重要。以往的事实说明,许多隧道坍方的发生,都是因为忽视隧道所处的地质条件或对地质条件发生变化熟视无睹造成的。2、加强对地质的超前预防,主要的措施有超前钻孔、地质雷达、波速测试以及宏观的工程类比法等。3、在软弱围岩地段,为了防止坍方,必须采取正确的开挖方法,如

12、短台阶法、分部开挖法等,并确保初期支护质量,如果软弱围岩地段又同时处在浅埋和大跨度的情况下,此时是隧道施工安全最薄弱的地方。为了防止坍方,必须制定一整套的防坍技术措施,内容包括:超前支护、加强初期支护、监控量测、二次衬砌紧跟等。4、在隧道开挖过程中,突然遇到了较大的涌水、流沙、溶洞、断层及破碎带时,必须及时改变施工方法,增大支护参数,以及其他必要的技术处理手段,才能达到防坍的目的。二、施工技术方面(一)隧道开挖为了尽量利用围岩的自承能力,减少对围岩的扰动,应尽可能地采用全断面的光面爆破技术;对于地质条件较差者,可采用半断面,同时采用弱爆破技术;对于大断面和特大断面,应采用分步开挖法进行,如CD

13、法、CRD法等。(二)初期支护初期支护对于隧道的稳定起决定性作用,支护的目的就是提高围岩的自稳能力,延长其自稳时间,以保证在施作二次衬砌前不发生坍方,因此,必须确保初期支护的参数和质量达到设计要求。特殊情况下,还可以采用预应力锚杆、膨胀性锚杆、迈式锚杆,喷射混凝土可采用钢纤维喷射混凝土、碳纤维喷射混凝土等技术手段。(三)超前支护当围岩的自稳能力较差时,为了预防坍方,必须采用超前支护,其主要的内容有:超前锚杆、小导管注浆、管棚、全断面预注浆、深孔注浆、帷幕注浆以及在洞口浅埋段采用的地表注浆等。(四)二次衬砌二次衬砌不得严重滞后初期支护,软弱围岩地段应紧跟开挖,、 级围岩需根据量测结果确定最佳施作

14、时间。(五)监控量测量测工作在隧道的防坍工作中,起着重要的作用,它是新奥法的三大核心之一。围岩的失稳破坏总有一定的先兆,通过将量测结果与设计给出的判断标准(也称为管理值)比较,即可得出围岩,包括初期支护是否稳定的结论。但是必须指出的是:量测结果超过标准值时,隧道并非一定发生坍方;相反,量测结果没有超过标准值时,隧道也并非一定安全稳定。三、现场管理方面现场管理在目前隧道施工防坍中,是极其重要的环节,从隧道的开挖到支护、衬砌都需要严格地遵照设计文件、施工组织、施工规范、验收标准等要求进行。如果施工现场没有严格的管理,隧道坍方的发生就不可避免。再者,现在许多隧道的开挖甚至连支护部分都分包给民工进行施

15、工,那种“包而不管”或“以包代管”的做法是引发坍方的另一直接原因。总之,在管理方面,必须加强以下几方面的工作:1、严格遵守铁路、公路、水工隧道施工规范和隧道验收评定标准、设计文件以及施工组织设计的要求和规定;2、未经上级技术部门同意,不得擅自改变施工过程中的开挖、支护方式;3、认真进行支护作业,确保锚杆的长度、间距、喷射混凝土厚度、格栅拱架间距等参数达到设计要求;4、必须坚持开展监控量测工作,并及时做到量测资料的收集、处理和信息反馈。第三节 坍方的技术处理措施本节主要介绍三类坍方发生后应采取的相应技术措施。这些技术处理措施是根据部分工程中发生的坍方实例的处理手段,并结合目前广泛采用的一些较为成

16、熟的技术措施,通过系统的总结和归纳形成的。一、洞口坍方的处理措施1、对中小型坍方,应将坍体自上而下全部清除,根据坍方清除后的坡面情况,决定是否采用刷坡卸载的方法,同时对仰坡面自上而下进行喷锚网加固。其支护参数为:喷射混凝土厚度:815cm ;锚杆:22mm ,长35m ;间距1m*1m1.5m*1.5m ;钢筋网:6mm12mm ;网格间距15cm*15cm25cm*25cm 。2、对于大型或特大型坍方,不必全部清除坍体,可采取挖台阶的形式清除一部分,然后进行喷锚网加固,并在仰坡上的适当位置设置浆砌片石挡墙作防护。3、当坍方是因为洞口附近的山体滑动引起的,且坍方发生后,滑动体尚未稳定,此时必须

17、先加固滑动体,然后再处理坍方。目前加固滑动体的技术措施主要有三种:采用长锚杆,长度须超过滑动面,一般为820m ,并严格进行注浆。采用预应力锚索,其长度也必须穿过滑动面,一般为1240m,并严格进行注浆。采用抗滑桩进行加固,其长度仍必须穿过滑动面,其断面大小一般为2m*2m4m*4m。4、仰坡加固完成后,对于洞口段已露空洞身时,可采用暗洞明做或改为明洞衬砌,拱圈上部回填土石或浆砌片石。5、根据仰坡坍方的规模及处理后的稳定情况,对洞内二次衬砌进行适当加强,如增大衬砌厚度或采用钢筋混凝土、钢架混凝土衬砌等。二、洞内岩石类坍方根据实践的分析,岩石类坍方的围岩级别一般为 级,岩体以未风化或弱风化的岩层

18、为主,节理较发育,坍体呈破碎的石块状,其中粘土及砂的含量相对较少,一般不超过30% ,未坍方围岩处于相对稳定的状态。坍方的规模一般为中、小型,个别为大型坍方,坍方数量不超过5000m3 。1、对于中、小型坍方,从坍腔口可观察到在坍壁稳定的情况下,是否可采用清碴的方法,同时根据坍腔的矢跨比(H/B),采取不同的处理措施:(1)当坍腔的矢跨比H/B0.7 时,采用 WFN法进行处理。利用围岩暂处于基本稳定状态,边清碴边处理,抓紧时间沿坍塌面采用喷锚支护技术加固未坍的地层,即“外层初期支护”,简称为“W”,然后沿二次衬砌外轮廓施作钢筋(钢架)混凝土支护壳体,即“内层初期支护”,简称“N”,同时用钢架

19、将内、外层初期支护连成整体,待二次衬砌完成以后,沿内层初期支护的外轮廓依次设防水层、1m 厚混凝土护拱及1m 以上的土层缓冲层,即“防护层”,简称为“F”。使用这种方法的特点是:工序多,处理周期较长,成本较高,但安全可靠。(2)当坍腔的矢跨比H/B0.7 时,采用 WF法进行处理(W 、F 的意义同上),即在坍方发生以后,利用围岩的自稳能力,抓紧时间沿坍塌面进行外层初期支护,即W 。不设(也难于设)内层初期支护,待洞内二次衬砌完成以后,设置与WNF 法相同的防水层、1m厚的护拱及1m 以上厚度的土石缓冲层。与WNF法比较,WF法不设内层初期支护以及内、外层初期支护之间的连接钢架,从而使成本大幅

20、度降低,处理周期大大缩短,但因为矢跨比较大,再次坍方的可能性较小,仍能基本保证施工安全。由于设有1m的混凝土护拱及1m以上厚度的土石缓冲层,即使在隧道竣工后的运营时期,发生了一定规模的坍塌,其抗冲击能力仍可确保运营的安全。2、对于大型坍方,一般不能采取清碴的方法。其理由是,清碴数量太大,时间太长,且处理费过大。而采取Z法,即“注浆+管栅”的整体加固处理方法。其主要内容为:(1)设止浆墙:采用厚1m 的素混凝土或2m 厚的浆砌片石。(2)预埋孔口管:直径=50150mm ,长度L=23m 。(3)注浆:似渗透注浆为主,注浆形式可采用全段一次性注浆、分段循环注浆和分段后退式注浆三种。(4)施作管棚

21、:根据注浆效果选择管棚的参数,当注浆效果很好时,也可以小导管代替管棚。(5)开挖及支护:根据注浆及管棚的加固效果决定开挖和支护参数大小。3、当岩石类坍方已坍至隧道上方地表,即“冒顶”时,应先处理地表坍口,后处理洞内坍方。地表坍方的处理内容如下:(1)遮盖地表坍口,防止雨水渗入;(2)坍口进行喷射混凝土封闭;(3)根据情况,决定是否采用地表注浆加固技术,以防止坍方的继续发展和扩大;(4)坍口四周施作截、排水沟;(5)待洞内坍方处理完毕后,对地表坍口进行回填,回填一般采用不透水的粘土进行,回填高度应高出原地面0。51m ;(6)当坍口数量较大,同时地表坍口附近取土困难时,可不进行回填,而改作坍腔四

22、周刷坡,作成簸箕形。簸箕的底面应保证排水,一般坡度为3%5% 的斜坡即可。三、洞内土质类坍方土质类坍方的围岩级别一般为 级,围岩以砂、土质或强风化的岩石为主,坍方呈土状,含有大量的砂、粘土(70% )以及少量的石屑和圆孤石,坍方范围以外的未坍塌部分呈相对不稳定状态。坍方规模一般较大,主要为大型和特大型坍方。对于土质类坍方的处理,不能采用清碴的方法,而必须采用Z法进行,即“注浆+ 管棚”的方法,其主要内容与W 岩石类坍方中Z 法的内容基本相同。但须注意以下两点:1、注浆应根据坍体中土质(或砂)的颗粒大小分别采用渗透注浆、劈裂注浆或化学注浆。其选择标准为:d1mm时, 渗透注浆1mmd0。1时,

23、劈裂注浆d0。1时, 化学浆液其中,d 为颗粒粒径。2、施作管棚时,因在土质中钻孔、成孔困难,可采用跟管钻机进行。管棚安装完成后应利用管棚再行注浆,并在管棚内安放小钢筋笼并灌注水泥砂浆,以提高刚度。当土质类坍方坍至地表(这种情况在浅埋时经常发生)时,应先对地表坍口进行处理,其处理的内容及步骤同岩石类坍方的相应内容。四、洞内坍方处理后的开挖及支护1、采用WNF 和WF 法处理的坍方,由于坍体已全部清除,故开挖及支护是在未坍方的围岩中进行,因此应根据现场的地质情况、围岩级别以及地下水活动情况等因素综合考虑。在坍方影响的范围内,一般是坍方段的前后1030m ,仍应遵守“短进尺,弱爆破,强支护”的原则

24、组织施工。2、对于采用 法处理的坍方,其开挖和支护是在已注浆加固的坍体中进行,施工时应根据注浆效果合理选择开挖、支护方法,除在碎石类坍方且注浆效果十分理想的情况下,选择全断面一次开挖外,其他情况均应采用台阶法或分部开挖法,其开挖进尺一般为12m;开挖后应及时支护,支护以喷锚支护为主,宜采用早强药包锚杆或自进式锚杆等尽早受力的锚杆,并根据现场注浆效果及管棚支护效果,决定是否设置钢架、钢筋网以及采用钢纤维喷射混凝土等。五、工程实例1、清理完虚碴后,要求用喷混凝土对泥页岩围岩进行及时封闭,防止再次风化。2、每隔50cm立一榀钢支撑,拱腰至拱脚用4m长锚杆锚固。3、从钢支撑内缘模筑100m套拱,套拱与

25、钢支撑连成整体,作用与初期支护作用相同。4、套拱以上2m范围内浆砌块片石的护拱,如厚度不足2m,浆砌片石至围岩面上;厚度大于2m ,护拱以上用干码片石堆码至围岩面上。5、制作套拱、护拱时预留42mm4m压浆管,管壁每1015cm打梅花状孔。压浆管在拱部以22m梅花状布置(见图 )。6、压浆:干码片石及浆砌块片石中的孔隙用水泥浆充填起来,水泥浆水灰比选择1:1,压力选择0.50.8MPa 。7、效果:对该坍方段进行处理后,该段没有发生开裂、下沉等不良现象,说明坍方处理措施是有效的。锥湛亥录侵瘩也些聪猪档锈新英磕竟蹿极辆搭蛇蓖军掣售翼俐瞄练镊妒缘蛤头毅薯经短妨硷狠界脑勋翟顺洗舜晤盒葛葵枝梁孝迁葬尚

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