隧道防坍塌控制技术研究

隧道防坍塌控制技术研究

摘要：隧道防坍塌技术是隧道施工中的重要技术，关系到隧道施工能否顺利进行。本文探讨了各种条件下的隧道防坍塌控制技术。

关键词：隧道；防坍塌；控制

1隧道洞口地段防坍技术

(1)洞口增设抗滑桩(范围:依据其滑动方向，纵向、横向;桩数量与长度根据滑坡规模与深浅而定)适用于浅层滑坡带、顺层带、偏压带或岩层间有塑性滑层时。(2)接长明洞适用于洞口上方有崩塌、溜塌等不良地质绕避困难时，为了不扰动滑坡体，应优先考虑接长明洞。(3)反压回填适用于滑坡体上陡下缓且基床稳定，或地表已有裂纹时。(4)预应力锚索适用于大型深层滑坡体、顺层带、偏压带。(5)地表注浆加固适用于埋深不大于30m的隧道，常采用水泥－水玻璃双液注浆。(6)长管棚进洞适用于浅埋段、地表建筑物密集段、含水破碎带、对地表下沉控制严格地段、Ⅱ级及Ⅱ级以下围岩段。(7)抗滑挡墙适用于滑坡带及围岩破碎带，根据滑动体推力，确定挡墙高度及厚度。

2浅埋隧道防坍技术要点

2.1浅埋隧道防坍基本原则

(1)管超前：采用超前支护的各种手段，提高掌子面的稳定性，防止围岩松弛和坍塌。(2)严注浆：使隧道周围形成一个具有一定强度的壳体，以增强围岩的自稳能力。(3)短开挖：1次注浆，多次开挖，即限制1次进尺的长度，减少对围岩的松弛。(4)强支护：在浅埋的松软地层中施工，初期支护必须十分牢固，具有较大的刚度，以控制开挖初期的变形。(5)快封闭：开挖1环，封闭1环，提高初期支护的承载能力。(6)勤量测：对隧道施工过程进行经常性的量测，掌握施工动态，及时反馈，是浅埋暗挖施工成败的关键。

2.2相关措施

(1)浅埋隧道容易受雨雪和地表沟槽、水塘、水库渗漏水的影响，因此要注意解决地表排水、截水问题。(2)对于地下水丰富的浅埋隧道，应采用洞内井点降水和周边围岩注浆等措施来改善施工条件。在地表允许的情况下，也可结合深井降水和地面预注浆堵水等措施进行水的综合治理，以减少水的危害，对确保围岩的稳定、防止坍方都有效果。

3偏压隧道防坍技术

3.1偏压隧道施工防坍技术要点

(1)偏压隧道开挖之前，岩土处于三维状态，是平衡的，开挖之后则出现偏压。防止偏压隧道施工坍方的关键措施:①短开挖，少扰动围岩;②支护要强，刚度要大，刚性支撑能承受偏压，防止支护变形失稳;③要防止外侧土岩体失稳;④支护早闭合，先做仰拱;⑤衬砌紧跟。(2)量测重点项目除进行常规的拱顶下沉、水平收敛量测外，应注意地表动态。量测重点项目:地表水平位移和地表下沉量测以及地表裂缝观测。(3)偏压隧道施工加固范围：偏压隧道施工加固范围从隧道外侧拱肩最少覆盖厚度处向非偏压地段延伸5～10m。

3.2偏压隧道施工防坍技术措施

(1)洞口地段偏压可以采用反压土的施工技术措施，以平衡偏压力，保持坡脚稳定并改造地形，尽可能消除偏压。相反的技术措施是减载法，即适当清刷产生偏压的地面岩土来消除偏压。(2)因为有浅埋问题，坚持“早进晚出”原则，可能时，采用明洞方案，接长隧道，减少刷坡或不刷坡。同时，应尽快做好洞口段衬砌和洞门。(3)为防止外侧岩土失稳，应避免破坏外侧岩土体坡脚，如避免在坡脚挖土等。(4)由于偏压隧道外侧覆盖厚度小，有可能出现外侧土岩失稳的情况下，在洞外山侧可以选择采取地面锚杆、小锚索、抗滑桩及其它支护措施。同时，可以与浅埋施工技术措施相结合来考虑采取地表注浆施工措施。(5)开挖后钢支撑支护紧跟，台阶法开挖下半断面采用左右错开开挖马口接下部支撑。要求单线隧道钢支撑在拱脚和墙中增加横撑，或在上部加设临时仰拱，避免高窄型断面中间弯矩过大。 (6)预支护、预加固围岩和进洞施工技术措施,采取浅埋和洞口地段施工及软弱围岩有关施工技术措施。(8)对于大跨度、大断面偏压隧道，采取双侧壁导坑法施工。

4隧道通过松散地层的防坍技术

4.1防坍方法

(1)改善地层方法①预注浆法:全断面注浆，周边注浆法，浅埋地段地表注浆或地表喷锚加固;②小导管注浆法;③水平搅拌桩法。(2)先护后挖方法①小导管法;②小管棚和大管棚法;③插板法。(3)封闭松散体方法①喷混凝土封闭、喷钢纤维混凝土封闭;②插板法封闭。(4)疏水、排水对于层间水和裂隙水及饱和含水均可采用钻孔套管疏水法。

4.2技术措施

(1)对浅埋或洞口段松散地层，有条件有必要采用地表预注浆。主要考虑选择单液注浆，按具体条件选择水泥砂浆或纯水泥浆，压力不宜过大，控制在加固范围内压浆即可。(2)对于开挖后只存在周边轮廓坍塌，而掌子面正面不发生坍塌的松散岩层，采用浅孔周边预注浆方案。按可注性，选择两种浆液:如对颗粒粗、孔隙大松散地层为砂砾地层，选择单液水泥砂浆或水泥浆注浆;如颗粒小，且孔隙小，可选择纯水泥浆、超细水泥浆或采用水泥水玻璃双液注浆方案。(3)对于开挖后整个掌子面都存在坍塌或“流动”状态的松散岩层，一般采用浅孔全断

面预注浆;有必要而且条件许可，应选择深孔全断面预注浆。深孔全断面预注浆材料的考虑:对于孔隙大的岩层，采用单液水泥砂浆或水泥浆;对于孔隙小的较密实的岩层则采用纯水泥浆或采用水泥水玻璃双液注浆。

5隧道通过岩堆体的防坍技术

(1)边仰坡采用网喷混凝土，或锚杆、网、喷混凝土加固。(2)采用光面爆破修凿嵌入式进洞。(3)强支护，采用型钢支撑较好，能立即起到承重支护作用。 (4)对于严重风化的岩堆，视情况采用小导管注浆或小管棚进行超前防护。(5)开挖断面应控制，应该小一些:双线隧道断面，采用台阶法或CD法开挖。上半部是否采用临时仰拱视变形量测结果而定。(6)台阶法开挖中，上台阶环形开挖预留核心土，下台阶两侧错开开挖，防止拱脚突然发生大沉降或坍拱。(7)控制掌子面到仰拱和二次衬砌的工序间距及封闭，先做仰拱，尽早做好二次衬砌。(8)除常规量测需进行外，应增加一项钢支撑应力量测，以检测钢支撑受力状况，及时预报垂直压力状态。

6隧道通过断层的防坍技术

(1)断层范围—宽度与高度，影响带范围。(2)断层性质—压性、张性、压扭性、张扭性。(3)断层与隧道相对位置关系—断层走向、倾向、倾角。(4)断层上、下盘的定性，断层带的破碎状态、胶结状况，有无断层泥或粘土带。(5)有无大量漏水的可能、赋水条件和赋存量，有无高压水存在，与地表水的关系。(6)有无崩塌可能。(7)浅埋段断层有无坍通地表的可能。判断准确位置后，根据实际情况进行超前支护、加固的方法对断层地带进行固结，从而达到防坍的目的。

7岩溶、溶洞防坍技术

(1)隧道通过岩溶岩洞的处理原则以疏为主，就是尽量不改变岩溶水的径流和渗流路径，保持地下水的原始循环和贮存状态，从而减少地下水的流失，保证施工、结构和环境安全。(2)大面积渗漏和局部渗漏岩溶水的处理:对于大面积漏水、局部滴漏水或小股状岩溶水，如水量2．0m3/h≤Q＜10m3/h和水压0．2MPa≤p＜0．5MPa，且泥砂含量不大，一般采用径向注浆、局部注浆、补充注浆等方法进行封堵。(3)溶洞的处理①全断面注浆封堵方法注浆加固范围为隧道开挖轮廓线以外1～2D，注浆段长取20～30m，注浆孔孔径Φ90～108mm，注浆终止压力为水压力的2～3倍，浆液扩散半径为0．5～1．0m。根据注浆压力，第一循环混凝土止浆墙厚度应为3．0～5．0m，注浆材料可选用水泥—水玻璃双液浆和普通单液浆及超细型注浆材料，注浆后必须检验注浆效果。②置换注浆方法即在掌子面进行注浆工程中，距离注浆孔2m左右，预留几个排泄孔并安设孔口管和阀门，将泥砂适量排除，用浆液充填其留下的空隙，起到加固地层的目的。此方法可以降低注浆压力，促进浆液的扩散。③填充封闭④基底处理采用垂直注浆加固法，注浆管上端应和仰拱相连，以提高支护结构的强度和刚度。

8高地应力软弱围岩的防坍技术

(1)开挖断面尽量接近圆形，加大预留变形量。(2)施工支护采用“先柔后刚，先放后抗”原则。(3)采用长锚杆是特别有效的技术措施。对于挤压大变形，围岩采用长锚杆柔性支护，既释放一部分地应力，又加固围岩。机理是正确的，实践也是成功的。(4)采用二次初期支护法，包括增加第二道钢支撑。(5)仰拱喷混凝土加钢支撑和锚杆，仰拱混凝土加厚。(6)增加二次衬砌厚度，强度提高。(7)二次衬砌时间根据设计受力要求和变形量测结果来确定。

9结语

隧道初期支护和监控量测既是确保结构安全，又是确保施工安全，也是避免坍方的重要环节，施工中要严格执行设计及验收标准中的相关规定，坚持隧道施工措施宁强勿弱、稳中求快、稳扎稳打、步步为营、科学决策的原则，不冒险施工。加强技术培训、严格技术管理制度、合理的施工组织、合理的施工方法才能有效地控制隧道塌方。

参考文献：

[1]公路隧道施工技术规范(JTJ042-94)[S].

[2]林才奎.复杂地质条件下隧道施工安全和保障技术[M].北京：人民交通出版社，2010.4