公路隧道塌方机理的探讨

申请免费试用、咨询电话：400-8352-114

[摘要]为了治理公路隧道塌方，探明隧道塌方的机理，以上砭隧道为工程依托，在分析其塌方发生原因的基础上，归纳总结公路隧道塌方发生的机理。

[关键词]隧道工程 塌方 塌方机理 地质条件 地下水

一、引言

隧道塌方是一种不容回避的现象，除了加强预防外，如何整治处理、减小损失和挽回进度是一个重要的课题。笔者结合具体的工程实例，对影响塌方的一些常见因素和治理方法进行归纳，总结塌方发生的机理，研究塌方的治理方案，在宏观上和具体工程上都具有十分重要的意义。[1、2]

二、隧道塌方的产生及原因

工程概况

上砭隧道属于商界高速公路DJN2合同段的双线单洞三车道隧道工程。左线隧道长755m，右线隧道长714m。该隧道地处秦岭东段南部山区，为一切割剧烈的山岳地区，区内地形起伏较大，总体地势西高东低。路线从北向南依次穿越了北秦岭加里东褶皱带南部的太白-商县褶皱束和礼县-札水华力系褶皱带两大构造单元，相邻构造单元之间均以区域断裂带为界。

塌方的产生

1．洞口段塌方。上砭隧道右线出口于2006年5月28日完成全部削坡任务，开始仰坡施工，5月29日－6月24日完成明洞上半断面土石方开挖，并准备套拱和长管棚施工。6月24日晚天突降大暴雨，25日上午8点5分左右，洞口上方仰坡部位土石方连同锚网喷支护整体坍塌。随后业主、设计、监理、施工四方进行现场实地考察，发现洞顶上方19m左右有一厚约4.5m的黑灰色断裂破碎带和软弱土体带等不良地质地带，呈碴土状，无胶结。

2．洞身段塌方。上砭隧道左线出口开挖过程中，在开挖面到达ZK152+986时，现场发现围岩情况较差，洞室穿越风化变粒岩，呈灰绿色，节理和裂隙发育，岩体破碎，镶嵌破碎结构。掌子面上方发生坍塌，塌方体堵塞了整个隧道断面。

隧道塌方的原因

上砭隧道右线出口斜坡体前有滑动空间，两侧有切割面，从斜坡的物质组成来看，具有松散土层、碎石土、风化壳和半成岩土层的斜坡抗剪强度低，容易产生变形面下滑；坚硬岩石中由于岩石的抗剪强度较大，能够经受较大的剪切力而不变形滑动。但是如果岩体深层存在着滑动面，在暴雨之后，由于雨水浸泡滑动面，使其抗剪强度大幅度下降而易滑动。

上砭隧道左线出口由于围岩稳定性极差，岩体呈碎石壮松散结构，稳定性差，洞顶易坍塌，侧壁容易产生失稳。塌方段属于Ⅳ级围岩，由于隧道施工前，未能切实掌握断层破碎带的情况，因此设计院给出的围岩级别为Ⅲ级。隧道塌方后发现，在拱顶上部有大约50cm直径的小洞室，高度大约10m还未能见顶，顶部无支护的情况下会产生较大范围的塌方。

二、隧道塌方的机理

造成隧道塌方的原因多种多样，有地质上突发的因素，也有人们认识上的因素，但概括起来，可以归纳为客观和主观两个主要因素。客观因素包括地质条件、受力状况和地下水影响；主观因素包括设计因素和施工因素。[3]

地质条件

由地质因素引起的塌方，可归结于不同的原因，首先是地质条件评价的准确性，其次是岩石构造因素。如果错误地评价了围岩分类指标而导致塌方，从现象上看似乎由于地质条件而引起的，但实际上应归结于不正确的设计，这种塌方有时是完全可以避免的。岩石的构造因素包括倾斜岩层、褶曲、等。倾斜岩层按软弱结构面条件，对隧道塌方产生的影响如表1所示。

褶曲构造对隧道塌方产生的影响：①隧道在向斜层开挖，多出现掉块和坍塌；②隧道在平行褶曲轴通过，易产生较大偏压；③向斜构造中，一般在轴部多储存大量地下水，且多有承压性质，施工中常遇较大的突然涌水。

受力状况

首先，我们分析洞口塌方的受力状况。洞口仰坡变形破坏主要是在变形过程中产生强烈的松动，并在边坡的坡顶附近产生一系列的拉张裂缝。由于边坡岩体一般较为破碎，在隧道开挖产生变形破坏后，并不出现清晰的底滑面，而是表现为破坏区岩体的强烈松动变形。边坡岩体的松动变形与隧道开挖所提供的变形空间密切相关。[3]

其次，我们分析一下隧道内洞身塌方的受力状况。从结构观点出发，如把喷层与部分围岩组合在一起，视作组合梁或承载拱，或把锚杆看作是固定在围岩中的悬吊杆等。从围岩与支护的共同作用观点出发，它不仅是把支护看作是承受来自围岩的压力，并反过来也给围岩以压力，由此改善围岩的受力状态，从而提高围岩的承载能力。但是，往往由于支护时机不当或支护强度不够，满足不了围岩稳定的需要，不能有效地控制围岩变形，导致围岩失稳。

设计与施工的影响

在隧道工程的预设计中，不仅要研究断面形式、施工方法以及超前支护等内容外，还应研究初期支护、二次衬砌、仰拱等结构的形式及参数等。隧道的断面形式是由隧道所处路线的设计要求决定的，而施工方法、超前支护、支护结构的方式及参数，就有了很多的人为因素。

三、结语

加强隧道工程地质工作是避免和防止塌方事故发生的根本手段，必须从思想上改变“地质工作是设计人员的任务，而不是施工人员的事”这一传统观念，在施工过程中加强管理，重视地质超前预报和监控量测工作，不断培养工程技术人员在不良地质条件下施工的应变能力和处理能力。

参考文献：

[1]车广才、杜以昌，浅埋隧道塌方冒顶处理．国防交通工程与技术，2003，12-14．

[2]蒋月海，白花山右线隧道大塌方事故处理．公路交通技术，2004(5)，122-126．

[3]朱汉华、孙红月、杨建辉编著，公路隧道围岩稳定与支护技术．科学出版社，2007年，北京.