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成都隧道台车浅谈隧道塌方的预防措施

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成都隧道台车浅谈隧道塌方的预防措施

发布日期:2018-05-09 作者: 点击:

    近几年随着隧道工程的大量增多,如何预防隧道塌方事故的发生成为基础建设中一个不得不面对的问题。这就需要从隧道工程的特点入手,了解塌方产生的原因,采取合理的开挖方法和有效的支护措施,预防隧道塌方的发生,保障施工安全、节省工程投入。本文从塌方产生的原因入手,就预防塌方发生的方法作简要阐述。

      一、塌方产生的原因

      (一)客观地质条件

      隧道工程是典型的地质工程,地质条件直接影响隧道塌方发生的概率。从地质情况看主要有以下几种情况:

      1. 地下工程通过褶皱构造、断层、节理裂隙发育地带;

      2. 围岩本身不稳定或已割成碎块,造成强度低、结构松散,节理面有泥质物及岩屑充填,并且支护的不及时而暴露时间过长,导致围岩风化严重;

      3. 开挖面通过断层,突然遇到较高水压富水洞段,地下水向洞室内漏出,淘空了断层构造带中破碎岩体和充填物;

      4. 岩层产状不利或因岩爆等诸多地质原因。

      (二)设计的不足

      在进行初期勘察设计时,由于对隧道所在区的地质情况勘查了解不清,地质资料不详细,对可能遭遇断层、富水、岩爆、瓦斯等情况估计不足,对可能遭遇塌方以及产生塌方后的处理缺乏思想准备和相应的技术措施。或工期安排不合理,盲目追求进度,对不稳定围岩没有进行及时有效的支护;再或是为减少工程投入,安全支护参数过小,未能起到支护稳定围岩的作用,而最终导致塌方的发生。

      (三)人为原因

      在隧道施工过程中****别是在开挖过程中,由于施工人员对地质情况了解不清,忽视围岩细微变形,思想上麻痹大意,忽视开挖后的监控量测,抱着盲目乐观和侥幸心理,对不良地质洞段没有采取正确合理的开挖方法,开挖后支护不及时。在开挖时,爆破对围岩的扰动过大,开挖后围岩暴露时间过长,风化程度加剧,或由于设计的原因,中途进行扩挖或更换支护,造成应力重分布,使得原来不应塌方洞段,因岩体的应力失稳而产生塌方。

      二、塌方的预防

      (一)设计中对塌方的预防

      塌方一般发生在施工阶段,似乎与设计关系不是很密切,因而人们往往忽视设计过程对塌方的预防,其实不然。设计过程对塌方的预防主要从以下两个方面入手:

      1. 进行准确的地质情况勘察。隧道是典型的地质工程,地质条件是制约地下工程安全、质量、工程投资的关键因素,塌方的产生与地质条件的好坏有着密不可分的关系,不良的地质条件,如断层、涌水、岩爆等都会直接导致塌方,地质勘察的科学性、准确性对预防隧道的塌方起着至关重要的作用,地质资料的缺乏给隧道施工带来很大的盲目性。因此在施工前,进行详尽合理的地质勘察是非常必要的,选择合理开挖方法,及时采取有效的支护,预防塌方的产生。

      2. 合理的设计。在掌握详细的地质情况后,合理的设计起到关键的作用。其一,合理进行隧道的选线,避开不良地质段;其二,选择合适的支护参数,既能满足支护要求,又不增加工程投入。仰拱栈桥

      (二)施工过程中塌方的预防

      1. 施工过程中的地质预测预报。施工前设计阶段的地质勘察,只能从宏观上分析整个隧道通过区的基本地质情况,对可能出现的大断层、富水洞段和高应力段没有标识,或由于设备、方法的简陋,对垂直埋深较大的洞段无法进行勘察,造成局部地质资料不足,因此施工过程中的地质预测预报必不可少。及时跟进掌子面的地质预测预报,对可能出现的局部地段围岩破碎引起失稳、塌方和可能遭遇的断层、涌沙、涌水都能及时预测清楚,能及时提醒施工人员采取合理的开挖和支护方法,预防塌方的发生。

      2. 不良地质段塌方预防。隧道工程经常会遇到软弱围岩、岩爆、富水以及瓦斯等不良地质段,而这些不良地质情况是造成塌方的重要原因。因此,不良地质段的防塌工作显得尤为重要。

      1)Ⅳ、Ⅴ类围岩等不良地质段塌方的预防方法:

      开挖时的预防:当隧道通过断层、断层影响带,或岩石比较破碎,风化严重;或岩层产状、结构不利组合地段时,合理的开挖方法,能很好预防塌方的发生。一般采用方法:采用大管棚、小导管、超前锚杆等超前加固支护措施配合双侧壁导法、CRD法、CD法等分部开挖工法。

      强支护是预防塌方的主要措施:洞室开挖后,围岩一般有一定的自稳时间(对特别差地段可以采取超前支护),由于不支护的自稳时间与岩石条件和洞室的跨度等多种因素有关,围岩不支护究竟能稳定多长时间,迄今为止国内外都没有满意的解决办法。因此,在开挖后及时对围岩情况进行准确的判断,在围岩自稳时间内及时给予支护,可有效限制围岩变形的自由发展,防止岩体因松动、脱位而造成塌方。对地质不良地段,主要采取锚喷、网喷、喷混凝土与钢支撑或格栅钢架相结合的支护方法。

      加强围岩变形观测是预防塌方的有效方法:变形现象是指隧道在巨大地压作用下,围岩屈服变形,拱壁向内移动,隧道变窄的一种地压现象。地下洞室开挖后,围岩在重新稳定过程中都存在变形,当变形超过允许范围时,就会发生塌方。

      新奥法施工中,通过量测仪器对围岩的变形量和变形速率进行观测分析,推测其最大变形量,估算是否会发生塌方,提前作出预告,以决定采取合理的支护方式、支护参数。目前采取的观测方法有位移观测、收敛位移观测、压力量测等,最常用是收敛位移量测,即量测隧道周边或结构物内部净空尺寸的变化。各国隧道洞室允许变形量标准不尽相同, 我国在国家标准《锚杆喷射混凝土支护技术规范》中对洞周容许相对收敛量进行了规定。

      2)岩爆引起塌方的预防方法

      岩爆产生机理:岩爆是高应力区地下洞室开挖中围岩脆性破坏时应变能突然释放所造成的一种动力失稳现象。由于岩体中储藏的能量通常以弹性变形的形式储聚,高应力集中区内,弹性变形越大,储备的能量越多,开挖后围岩表面应力被解除,具有高度弹性的脆性岩层由于爆破冲击波的作用,动应力和应变静应力叠加和释放产生了脆性断裂,形成了岩爆。

      开挖时的预防:隧洞爆破开挖,既可以使围岩应力得到部分释放,也可以产生新的应力集中,发生岩爆。因此,在可能发生岩爆区段内采取二次开挖,先开挖上半断面,减小光面爆破的周边眼间距,且尽量分布均匀,以使开挖轮廓线相对圆顺,减少新的应力集中。周边眼采用小药卷或间隔装药,爆破时导爆管段位增加,降低同段起爆药量,以尽量减少爆破对围岩的扰动。

       3)富水洞段塌方的预防

      在地下水丰富的断层破碎带,大量的渗水、淋水甚至于涌水的部位,不仅影响施工的进度和质量,还容易造成塌方。在此种地段施工时,及时排水是预防塌方的关键,在了解岩石节理裂隙破碎带的走向、倾向和倾角后,根据水量的多少可采用下面几种方法:

      第一,对于少量集中渗水、淋水地段,在将要通过的透水层部位布置一定数量的排水孔或埋设排水管,将渗、淋水集中到排水孔内导出,称为排水孔法或排水管法;也可以通过在钢筋网背后铺过滤层或隔水层,将其固定在围岩上,通过软管边排水、边喷射混凝土,称为金属网法;

      第二,如遇较大涌水,在支护时对主要涌水出水口暂不进行封堵支护,待涌水减小或没有时,再进行支护或进行固结封堵,迫使水流改变流向。

      第三,对于地下水压较大、含水量丰富地段,采用超前加固支护,排堵给合等措施,进行综合治理。

      4)瓦斯洞段塌方的预防

      瓦斯是从煤层中突出的一种可燃可爆气体。当隧道穿过含有煤层的洞段时,不仅要注意煤层的稳定问题,更应防范瓦斯爆炸所引起的塌方,对空气中的瓦斯状况进行严格监控。因此,这种情况下预防塌方的方法主要是及时向洞内通风,将洞内瓦斯气体稀释并排出。在施工时要严格采用专用设备,采用正确的施工方法,减少引发气体爆炸的火花、火星产生。钢模台车

    3.消除人为因素影响,预防人为造成的塌方

      由于施工人员为了抢施工进度,对围岩的自稳能力过于乐观,或由于地质条件一直较好,思想上过于麻痹,对突然出现的断层等估计不足,准备不充分,很容易造成塌方。

      为此在隧道的施工过程中,要对工期作合理的安排,在思想上要有对可能出现的各种不良地质情况有打持久战的准备,在技术上对可能遭遇的塌方有详细对应的技术措施。当出现断层或其它不良地质现象时,一定要对地质情况作详细的分析,充分了解围岩特点和其稳定性,按照就低不就高的原则进行开挖和支护,并且加强围岩的变形观测和分析,对超过允许范围的较严重变形洞段应及时采取相应的支护措施,抑制围岩的进一步变形,能很好预防塌方的发生。

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