基于大跨径隧道塌方原因分析及处理措施分析

雷小斌

摘  要：这一工程类型存在着容易塌方这一显著问题，给工程安全和效益带来严重的负面影响。该文通过一系列的分析与总结，着重对大跨径隧道塌方的原因进行了分析总结和梳理，并且提出了科学的处理措施。以此为基础为避免大跨径隧道施工中出现塌方提供依据，以切实提高建设安全和质量。

关键词：大跨径  隧道  塌方  原因  措施

中图分类号：U457                                   文献标识码：A                          文章编号：1672-3791（2019）03（a）-0053-02

1  该项目地处贵州省都匀市

项目具体情况如下：项目从黔南大道后向西前行，经过牛场片区，经过马天井山谷、老牛坡、躲雨岩，穿过奇水坡后，经页岩砖厂，止于州公安局，与迎宾大道相接。道路全长约7.2km，其中开发区东段K0+000～K5+360段 （5.360km）、西段K0+000～K1+834.221段（1.834km），道路红线宽度40m，为城市主干道。东段隧道1处，L1+945幸福隧道，K4+385中坝桥，西段隧道1处，K7+020龙潭隧道，K6+773.4二中桥。幸福隧道左线进口坐在斜坡地形较缓陡，坡向约100°，坡度约25°～40°，覆盖层较薄，主要为残坡积亚粘土。右线进口所在斜坡地形较缓，坡向约110°，坡度约15°，覆盖层较厚，主要为残坡积亚粘土。左右隧道出口段所在斜坡位于一小冲沟内，坡面较平顺，坡向约280°，坡脚30°，山坡目前处于稳定状态。

根据钻孔水文地质观测，结合地形地貌、岩性和地质构造特征分析判断，遂之地下水类型为覆盖层孔隙水，风化带裂隙水和构造裂隙水。根据先进的仪器测定和地质水文测试，结果发现，混凝土被破坏的主要方面为腐蚀性破坏，需要引起重视。

2  大跨径隧道施工中出现塌方的原因分析

2.1 岩体强度和形态容易发生变化

大跨径隧道在施工过程中需要完成冲切、剪切和整体破坏等几项重要工作，这几项工作实施过程中要克服土石坚硬的问题，这是具备抵抗建筑物荷载的重要前提条件。在具体施工过程中，一定要充分分析贵州地区的地形特点，注意对不完整岩层分析和预期。岩体主要包括各种断层、节理、裂隙及其填充物的复合体，在施工中都应该严加注意。这类岩体的显著特征是表面上看起来有足够强度但实际上容易发生破坏，带来意想不到的灾难性后果。这是在初期施工中较容易忽略的问题。

另外，岩体形变也是不可忽视的问题。尤其是在面对山体偏压、回填附加土体等荷载作用下，岩体出现形变几乎是难以避免的，这也是施工过程中需要考虑的重要因素之一，必须作为重中之重进行预防。岩体变形破坏的模式主要有水平方向、垂直方向和地平面内的剪切应变3类变形破坏。每种模式的破坏程度和破坏效果不尽相同。其中水平方向的破坏有水平位移、拉伸和压缩变形，垂直方向的破坏有沉降、倾斜、曲率、扭曲等。经过长期的施工实践和总结，我们认为沉降、倾斜、曲率和水平变形是出现频率高，破坏力大的4种情况。

2.2 隧道渗水和漏水

在大跨径隧道的塌方原因中，隧道渗水和漏水是出现频率较高的原因，成为了隧道施工的严重制约因素。笔者经过大量的文献阅读和考察发现，隧道完全无渗漏者寥寥无几，绝大部分隧道存在着不同程度的渗漏问题。

2.3 衬砌裂损

形变压力、松动压力是出现衬砌裂損的主要力学因素。从力学角度来看，地层沿隧道纵向分布及力学形态的不均匀是引起衬砌裂损的主要原因。值得注意的是，温度会引起收缩应力作用的大小发生改变、围岩膨胀性和冻胀性也会在温度变化过程中出现一定程度的改变，这些都是必须考虑的因素。另外，腐蚀性介质作用、施工中人为因素、运营车辆的循环荷载作用等大量因素之间会发生相互作用和共同影响。上述各种因素都是引起隧道衬砌结构物产生裂缝和变形的主要因素，从很大程度上提高了出现隧道塌方的概率，严重影响了隧道的使用安全和使用质量。因此，隧道衬砌裂损对于隧道结构稳定性的破坏是值得引起重视的关键问题。在具体工作实践中需要严格控制衬砌结构的安全可靠性。

3  应对大跨径隧道塌方的常见措施

3.1 做好过程监测和相关数据采集

相关的过程监测也极为重要。在数据监测过程中要注意数据测量的全面、准确和可靠，及时做好记录与分析。但是，在实际操作中，由于各种不可控因素现场所测得的数据往往具有一定的离散性，给实际应用带来一定难度。因此，相关人员必须要对数据进行高质量的误差分析、回归分析和归纳整理等数据分析处理工作。例如，位移的变化速率是需要充分考虑的问题。假设要了解某一时刻某点位移的变化速率，简单地将相邻时刻测得的数据相减后除以时间间隔作为变化速率是不确切的，正确的做法是对量测得到的位移—时间数组做数据拟合得时间—位移曲线 u=f（t），然后计算该函数在时刻t的一阶倒数du/dt，即为该时刻的位移速率[2]。

数据测量和处理的关键环节主要集中在以下几个方面。第一，梳理数据之间的内在联系，确保数据之间相互印证。第二，在对围岩进行稳定性分析时，要注意合理设计支护参数，保证结果的准确性。第三，监视围岩变形和应力状态随时间的变化情况，对最终值或变化速率进行预测。整个过程要做到数据测量细心科学，数据收集与处理准确全面。

3.2 做好隧道防排水

隧道排水虽然是实施难度不大，但是很多细节问题需要进行深入分析，做好预防和处理。实践证明，隧道防排水采取以排水为主。在施工中对地形、地下水深度以及地下水量等进行科学预测，采取防、排、截、堵相结合的综合防排水措施，建立完整的防排水体系。

初衬采用防水混凝土，浇筑二次衬砌模注混凝土来防水，且采用全断面一次性施作二衬。这一结构适合于贵州的地形以及地下水特点。在沉降缝上采用中埋式橡胶止水带加橡胶止水条防水[3]，橡胶止水条的放置一般选择背贴式，在遇到特殊情况时具体分析。另外，排水管的环向设计要注意曲度和弧度的科学性，将水导入两侧电缆沟下的排水管，引水至洞外排水沟，如图1和图2所示。

4  结语

隧道工程有其独特之处，施工难度大，危险性高，施工过程中常常会出现诸多不确定因素，塌方尤其常见，成为严重制约大跨径隧道施工安全和质量的重要难题。大跨径隧道施工过程中需要注意围岩与结构力学状态的不可逆性，加强相应的理论分析和实践研究，提高建筑质量。

参考文献

[1] 史彦文，寇宝文，韩常领，等.国外某高速公路隧道大塌方原因分析与反思[J].公路隧道，2015（2）：16-18.

[2] 田野，罗飞.基于理正边坡软件的某边坡塌方原因分析及工程治理[J].资源环境与工程，2016（6）：975-979.

[3] 韩同春，黄福明，郑俊清，等.隧道拱脚塌方施工加固及监测分析[J].岩石力学与工程学报，2015（30）：3444-3449.

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2019-09-25