第３７卷第２期 ２０１１年６月 湖南交通科技 ＶｏＩ＿３７ Ｎｏ．２ ＨＵＮＡＮ ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮ ＳＣＩＥＮＣＥ ＡＮＤ ＩＥＣＨＮＯＬＯＧＹ Ｊｕｎ．２０１ｌ 文章编号：１００８－８４４Ｘ（２０１ １）０２－０１４７－０３ 隧道拱顶塌方的一种安全处治方法 蒋正华，易震宇，傅立新 （湖南省交通规划勘察设计院，湖南长沙４１０００８） 摘要：在钻爆法施工的交通隧道中，拱顶塌方事故累见不鲜。究其原因，多与地下水、 软弱破碎的围岩等复杂地质因素相关。提出了一种安全经济的塌方处治方法。在塌方处治过 程中，利用塌体下部的堆积体作为底模，进行顶部塌腔体的注浆或泵送混凝土进行回填，不仅 安全，且相当经济。此种塌方处治思路和方法，可为常见隧道塌方事故的处治提供参考。 关键词：隧道工程；拱顶塌方；塌方处治 中图分类号：Ｕ ４５８．３ 文献标识码：Ｂ 着围岩体内部的薄弱面（裂隙节理面）塌落。在无 在交通隧道施工过程中，由于隧道地质情况的 千变万化，采用钻爆法施工经常碰到塌方事故，可谓 “十洞九塌”。隧道塌方原因众多，地质构造、岩层 产状、地下水情况是引起塌方的外在因素，开挖、支 护方法是导致塌方的直接原因。我国每年隧道塌方 次数保守估计上千次，绝大部分都是后果并不严重 的中小型塌方。本文主要针对这类常见的隧道塌方 提出一种安全经济的处治方法。 大规模涌水涌泥情况发生时，塌体前方或下部，将堆 积塌方体，直至塌腔初步稳定。 ２ 处治思路 隧道塌方的发生都有一定的过程，对于大多数 塌方而言，尤其是水文条件较简单、无大规模的涌水 涌泥现象发生的隧道塌方并不可怕。从上分析可 知，隧道内由于开挖空间有限，对于常见的拱顶塌 方，如没有大规模的涌水涌泥现象发生，坍塌堆积物 会堆积于塌方下部和掌子面前方，直至塌腔基本稳 定。即此类塌方如不加任何干扰，最终会自己稳定。 但实际施工中，在塌方发生后，如果处置不当，移除 下部堆积体，将会造成二次塌方等不利后果。 对于常规拱顶塌方，处治思路如下： １）处理时机选择要得当。应在塌方体初步稳 定后进行处理，不可冒进。对于拱顶塌方，拱顶至开 挖台阶底部高度至少在５—６ ｍ，如果顶部发生塌 方，塌块下落高度更大。如果贸然开挖下部塌体的 堆积物，顶部塌块砸到人员或设备上，将会造成人员 伤亡和设备受损事故的发生。 ２）对于拱顶塌方，拱顶上部必然会形成空洞或 空隙，空洞规模可根据开挖进尺以及塌体范围计算 １ 常见塌方过程分析 隧道周边围岩体都存在构造节理、裂隙，这些节 理、裂隙是围岩体稳定的薄弱环节。在隧道开挖过 程当中，由于爆破震动，导致围岩体节理、裂隙的力 学强度进一步降低。而临空面开挖以后，围岩体本 身应力由初始应力场变为二次应力场，在支护结构 尚未施做，或者尚未发挥足够作用时，围岩体结构面 处所受的应力超过其本身强度时，将会产生破坏，导 致坍塌的发生。可见围岩体本身的性质，如完整性、 强度对结构稳定起着重要作用，而外界施工因素，如 爆破震动、地下水渗透会对结构稳定起着不利作用。 另外，围岩体开挖暴露后，与外界空气发生的风化作 用，也常常导致围岩体的力学参数变低，从而导致结 构的稳定性降低。 ・ 隧道施工时，常见的拱顶塌方，发生在掌子面附 近，由于围岩性质发生变化（变差），超前预支护措 施未施做，开挖进尺稍微偏大时，此开挖段的初期支 护未施做，围岩受力（拉应力）超过其本身的极限强 度，从而导致塌方的发生。隧道塌方发生时，岩块沿 得出。常见塌方规模多在５０～２００ ｍ 之间。拱部 定范围内出现塌腔，此塌腔位于隧道内轮廓以外， 从隧道结构的防水性、安全性和耐久性方面来看，应 一予以避免，即需回填密实。 ３）在塌腔下部进行作业时，由于塌腔顶部高度 收稿日期：２０１１—０４－１４ 作者简介：蒋正华（１９７８・），男，工程师，从事地下工程设计与科研工作。 １４８ 湖南交通科技 ３７卷 很大，塌腔需完全稳定才能直接在下部作业，否则很 难保证下部作业人员安全。从此方面考虑，完全可 以利用塌体作为施工底模，直接往塌腔体内灌注混 凝土。对于空洞不明显，大范围充填松散岩土体时， 可以灌注水泥砂浆或水泥浆。目的都是使塌腔体固 结密实，使其由空洞或松散岩土体变为混凝土块或 水泥砂浆块。相当于对围岩体进行材料置换，使其 由软弱不利围岩变换为坚固稳定的混凝土体或水泥 砂浆块体。 ３ 工程实例分析 某高速公路隧道左洞起讫桩号为Ｚｋ３８＋８６５～ Ｚｋ４０＋５００，长１ ６３５ ｍ，右洞起讫桩号Ｙｋ３８＋８６０一 Ｙｋ４０＋４９０，１ ６３０ １１３，隧道为双向４车道，为分离式 长隧道。隧址区围岩以板岩和砂岩为主，隧址区岩 层产状主要受控于两条规模较大的断层：第一条断 层下盘岩层产状为１７０。Ｌ６７。，上盘岩层产状为１２。 一３４０。Ｌ５７。一７２。。第二条断层上盘岩层产状为 １７０。／＿６７。，下盘岩层产状为１６０。～１９０。／＿５１。一 ８２。。 在本隧道板岩分布的断层带地段，由于板岩泥 质成分含量较高，受构造挤压作用后普遍产生泥化、 糜棱岩化作用，使断层带中夹杂泥质成分。断层带 地段围岩呈散体状结构，成洞条件差，隧道开挖时， 洞顶易沿断层带产生坍塌或冒顶。 由于本隧道地质情况很差，在断层带地段，岩层 分布不均，在实际施工过程中，常见小夹层出现，由 于倾角很陡，约７０。，加上下雨天气，基岩裂隙水稍 微下渗，就会导致夹层失稳，造成拱顶坍塌。 本隧道在施工中，Ｙｋ３８＋９９０处发生了塌方， 塌方规模在１３０ ｍ 之间，塌方原因基本如上述分 析。 塌方发生后，为了防止处治过程发生二次塌方， 以及杜绝处治过程发生危石掉落砸伤人员，按照本 文叙述的思路，成功进行了塌方处治。Ｙｋ３８＋９９０ 处塌方处治方案如下。 ３．１塌方体坡脚加固 从洞外运送隧道弃渣回填至塌方体坡脚，稳固 塌方堆积体。同时将堆积体下部堆积修整成高约 ２ ｍ，长约５ ＩＴＩ的台阶。 ３．２修整底模 通过现场勘察，发现堆积体上部基本为一大空 洞，决定采用泵送混凝土回填上部空洞的方案。先 利用挖掘机、铲车的长臂将洞外拉进来的细石渣充 填好周边的空隙。考虑混凝土泵送凝结过程会造成 下部堆积体的下沉，底模高度超出原设计初期支护 外轮廓２０ ｃｍ左右。 ３．３预埋注浆钢管 根据塌腔体的位置，预埋３根４，１２７ ｍｍ的钢 管，长２～４ ｍ不等。预埋钢管的长度角度根据塌腔 体的形状和高度而定，预埋钢管中，至少留一个为通 气孔和观测孔用。 ３．４泵送混凝土回填上部空洞 据现场勘测，塌腔体最大高度达５．５ ｍ，塌方规 模约为１６０ ｍ 。泵送混凝土采用塌落度稍大、流动 性好的Ｃ２０细石混凝土。充填原则是，塌腔边缘高 度小于４ ｍ的地方，全部回填密实，塌腔顶部尽可能 回填密实，且需保证回填高度不小于４．５ ｍ。泵送 混凝土从两边向中间回填。 Ｙｋ３８＋９９０处塌方塌腔断面图见图１，Ｙｋ３８＋ ９９０处塌方处治方案见图２。 图１ ＹＩＯ８＋９９０处塌腔断面图（单位：ｅｍ） 图２ Ｙ１０８＋９９０处塌方处治剖面图（单位：ｍ） Ｙｋ３８＋９４０处塌方规模较小，约５０ ｍ ，塌腔高 度小，约２ ｍ，且大部充填土石体。此处塌方先采用 喷混凝土封闭塌体表面后，打设带￣Ｌｆｌ，导管注水泥 浆，充填松散塌腔体。 ２期 蒋正华，等：隧道拱顶塌方的一种安全处治方法 １４９ ４体会和结语 在常见的隧道拱顶塌方处治中，从安全方面考 料，无需打设大量锚杆、架设钢拱架等。此类塌方处 治思路和方法，安全、经济，易于操作，值得推广应 用。 参考文献： ［１］］ＴＧ Ｉ）７０—２００４，公路隧道设计规范［ｓ］． ［２］ＪＴＧ Ｆ６０—２００９，公路隧道施工技术规范［ｓ］． ［３］崔永杰．顺层偏压隧道灾害处理及施工技术［Ｊ］．现代隧道技术， ２ＯＯ９（５）． 虑，切不可冒然清理掉塌体下部的堆积体。此堆积 体在大多数情况下，能起到暂时稳定掌子面或拱顶 上部的塌体，能防止拱顶塌方的进一步发展。从结 构安全和使用寿命方面来看，塌方部位需回填密实。 利用塌体下部的堆积体作为底模，进行顶部塌腔体 的注浆或泵送混凝土进行回填，不仅安全，且经济， 只需回填部分预埋钢管和一些混凝土或水泥砂浆材 ［４］蒋正华．隧道洞口地形偏压段的新型设计与施工方法［Ｊ］．公路 工程，２０１０（２）． （上接第８２页） ● 鲁 器 图４阪神地震波 ０ ０ ０ ・ ０ 鲁 羹：： 一０ ０ －时间，ｓ ａ）顶点位移时程曲线 时间，ｓ ｂ）顶点加速度时程曲线 图５两种模型的顶点位移及加速度时程曲线 实体单元模拟，计算要耗时３ ｈ。采用梁单元模型 可以大大提高计算效率。 体单元模拟。 参考文献： ［１］林元培．斜拉桥［Ｍ］．北京：人民交通出版社，２００４． ［２］王新敏．ＡＮＳＹＳ工程结构数值分析［Ｍ］．北京：人民交通出版 社，２００７． ４ 结论 １）两种模型均能较好地模拟桥塔的受力情况。 相比而言，梁单元模型计算速度快，计算效率高。 ２）当只考虑结构整体受力时，适合采用梁单元 模拟桥塔；当需要考虑桥塔的局部受力时，应采用实 ［３］张立明．Ａｌｇｏｒ、Ａｎｓｙｓ在桥梁工程中的应用方法与实例［Ｍ］．北 京：人民交通出版社，２００３． ［４］ＧＢ ５００１１—２０ｌＯ，建筑抗震设计规范［Ｓ］．