隧道塌方的原因分析、注意事项及处理措施

2011年1月北京隧道塌方的原因分析、注意事项及处理措施中铁第五勘察设计院集团有限公司一、概述二、洞内塌方实例三、洞内塌方总结四、边坡塌方实例五、边坡塌方总结隧道塌方的原因分析、注意事项及处理措施第一部分概述中铁第五勘察设计院集团有限公司隧道塌方的原因分析、注意事项及处理措施中铁第五勘察设计院集团有限公司隧道塌方的原因分析、注意事项及处理措施目前我院开工的铁路线有5条，隧道较多，大家配合施工中常遇到塌方、变形、岩溶、突水突泥等事故，塌方是最为常见、比较典型的一种事故，给施工带来了巨大困难，且延误工期，耗费资金，是大家比较关心的问题。现结合工程情况将解决的方法与大家交流一下。概述中铁第五勘察设计院集团有限公司隧道塌方的原因分析、注意事项及处理措施隧道开挖时，导致坍方的原因有多种，概括起来可归结为：1、自然因素地质状态、受力状态、地下水变化等2、人为因素不适当的设计，或不适当的施工作业方法等概述中铁第五勘察设计院集团有限公司隧道塌方的原因分析、注意事项及处理措施目前，从塌方的形式、规模、形态、机制、发生部位等方面有不同的分类方法。按照塌方发生的位置不同，分为洞内塌方和洞口边坡塌方，下面将分别进行介绍。·概述洞内塌方边坡塌方第二部分洞内塌方实例中铁第五勘察设计院集团有限公司隧道塌方的原因分析、注意事项及处理措施中铁第五勘察设计院集团有限公司隧道塌方的原因分析、注意事项及处理措施洞内塌方实例——赣韶铁路(一)一、钨都大余隧道出口工区DK54+750~+9301、原设计情况钨都大余隧道位于低山丘陵区，出口工区DK54+750～+985段埋深较浅，沟谷发育，地层破碎，全-强风化板岩。原设计该段为Ⅴ级围岩，其中DK54+985～920、DK54+840～750段采用Ⅴa型复合式衬砌支护，全环格栅钢架间距0.8米，超前小导管每环29根，每根长3.0米，DK54+920～840段采用Ⅴb型复合式衬砌支护，全环I18型钢钢架间距0.8米，超前小导管每环29根，每根长3.0米.中铁第五勘察设计院集团有限公司隧道塌方的原因分析、注意事项及处理措施2、施工情况2010年6月19日，上台阶开挖至DK54+930，掌子面揭示地质为全-强风化板岩，裂隙水从线路前进方向右侧拱顶分散流出，围岩经裂隙水冲刷稳定性差，易产生掉块现象。2010年6月25日约5:30，上台阶开挖至DK54+922，开挖过程中线路前进方向右侧拱顶开始掉块，伴随出现股状地下水流出，水量明显增大。股状流水夹带大量泥土冲出，已经施工初期支护拱部范围覆盖层冲刷后形成初支外露，施工单位及时对地下水采取引排处理，封闭掌子面并适当加固受影响范围初支。洞内塌方实例——赣韶铁路(一)中铁第五勘察设计院集团有限公司隧道塌方的原因分析、注意事项及处理措施洞内塌方实例——赣韶铁路(一)中铁第五勘察设计院集团有限公司隧道塌方的原因分析、注意事项及处理措施3、塌方原因分析粉质黏土与全风化板岩间所夹粗角砾土层赋存水中富，涌水量明显增加对隧道工程影响增大，现场易形成初支壁后掏空和初支大变形。由于该段地表埋深较浅，穿越冲沟两处覆盖仅为4.5~5m，DK54+840～+920为设计断层带。洞内塌方实例——赣韶铁路(一)中铁第五勘察设计院集团有限公司隧道塌方的原因分析、注意事项及处理措施4、处理方案（1）原则同意该范围采取大管棚加小导管注浆预支护措施，并对原设计支护参数进行必要加强，局部范围可考虑根据实际条件采取双层小导管注浆预支护通过。由于涌水量较大可采取双液浆拱部止水，边墙范围结合实际条件采取适当径向注浆。（2）请设计单位结合施工单位处理建议进行变更设计，施工单位配合提供所需技术资料。洞内塌方实例——赣韶铁路(一)中铁第五勘察设计院集团有限公司隧道塌方的原因分析、注意事项及处理措施（3）施工单位要加强变更里程范围的施工安全管理，组织好各项工序衔接，确保施工工艺质量。（4）施工单位及时完善工程变更设计相关手续。监理单位切实加强现场监理工作力度，督促施工单位严格按设计变更方案实施，并现场核实变更设计后的工程数量。洞内塌方实例——赣韶铁路(一)中铁第五勘察设计院集团有限公司隧道塌方的原因分析、注意事项及处理措施洞内塌方实例——赣韶铁路(二)二、岭足下2号出口溜塌1、原设计情况DK68+765-DK68+630为Ⅴ级围岩，采用Ⅴ级围岩复合式衬砌，钢架为格栅钢架，间距1.0m，钢筋网为φ820×20cm，拱部采用中空注浆锚杆，边墙采用砂浆锚杆，间距为1.2m×1.0m（环×纵），长度3.0m。中铁第五勘察设计院集团有限公司隧道塌方的原因分析、注意事项及处理措施2、施工情况DK68+755处线路左侧拱顶处初期支护破坏，大量破碎岩体及地表土坍落，堵塞整个洞口。溜坍形成的土坡松散堆积。坍落物主要为全风化板岩及粉质黏土，岩质松软易碎呈块状，土质干燥松散。DK68+755～DK68+748段地表塌陷，形成一直径15m、深8m的坑洞。周边及时布置警戒线，严禁人员靠近。洞内塌方实例——赣韶铁路(二)中铁第五勘察设计院集团有限公司隧道塌方的原因分析、注意事项及处理措施洞内塌方实例——赣韶铁路(二)地表坑洞洞内照片中铁第五勘察设计院集团有限公司隧道塌方的原因分析、注意事项及处理措施3、塌方原因分析（1）DK68+755～DK68+748段地表成V型沟谷地貌，冲沟发育，土体松散破碎，水土流失严重，无法形成有效地地表支撑。（2）DK68+755～DK68+748段拱顶埋深仅15m，小于两倍洞径，处于浅埋段，极易出现土体失稳等事件。洞内塌方实例——赣韶铁路(二)中铁第五勘察设计院集团有限公司隧道塌方的原因分析、注意事项及处理措施4、处理方案（1）在地表塌陷处周围进行永久性截水沟施工，对塌陷处进行临时封闭。（2）溜坍坡面处理对己形成坡面（溜坍造成的松散坡面）采用锚喷防护，喷射混凝土采用C25喷射砼，厚度8cm，φ8钢筋网，网格间距25cm×25cm。采用ф22砂浆锚杆加固，锚杆长3m，间距1m×1m呈梅花型布置。之后采用ф42，t=3.5mm钢管对坡体进行注浆施工，间距1m×1m梅花形布置，每根长度3m。待注浆固结后进行开挖，形成工作平台，保证安全施工。洞内塌方实例——赣韶铁路(二)中铁第五勘察设计院集团有限公司隧道塌方的原因分析、注意事项及处理措施（3）溜坍段上部开挖及初期支护超前支护采用双层超前小导管，导管采用ф42，t=3.5mm热轧钢管，钢管长3.5m；钢管环向间距0.4m，每环设置58根，纵向一榀钢架一环，施工外插角5°～10°。导管穿过钢架并插入岩体，并注浆加固。（4）溜坍段下部开挖及初期支护开挖前采用ф22，L=3m砂浆锚杆进行径向注浆加固，间距（环×纵）为1.0×1.0m，梅花形布置，布置范围为DK68+757～DK68+747，共10m。洞内塌方实例——赣韶铁路(二)中铁第五勘察设计院集团有限公司隧道塌方的原因分析、注意事项及处理措施（5）溜坍段仰拱及二衬施做仰拱紧跟下部开挖的施工进程，保证初期支护受力系统及早形成。及时进行监控量测，当围岩变形速率小于0.2mm/d或趋于平稳时，优先对坍塌段进行二衬施工，衬砌类型为V级围岩复合式衬砌，待二衬施工完毕，混凝土达到设计强度时，再进行地表回填和夯实，地表回填采用原地表土，分层进行填筑、夯实，并进行砼施工对土体表面进行封闭。洞内塌方实例——赣韶铁路(二)中铁第五勘察设计院集团有限公司隧道塌方的原因分析、注意事项及处理措施一、大南山隧道出口工区DK174+225塌方1、原设计情况大南山隧道出口DK174+229.8～DK174+218.25段设计为IV级围岩加强衬砌，强风化-弱风化花岗岩，岩体较破碎，裂隙发育，埋深约31m。初支参数：格栅钢架间距1.2m/榀，初支喷C25砼20cm；拱部设7根3m长中空锚杆/延米；边墙设8根3m长普通砂浆锚杆/延米。洞内塌方实例——锦赤铁路（一）中铁第五勘察设计院集团有限公司隧道塌方的原因分析、注意事项及处理措施2、施工情况掌子面施工里程至DK174+193.25，在开挖DK174+225左侧大避车洞时坍塌，坍塌空腔纵向长约11.55m，宽约4.64m，高度由大避车洞拱顶延伸至正洞拱顶，并造成初支破坏，影响范围为DK174+229.8～DK174+218.25。洞内塌方实例——锦赤铁路（一）中铁第五勘察设计院集团有限公司隧道塌方的原因分析、注意事项及处理措施洞内塌方实例——锦赤铁路（一）中铁第五勘察设计院集团有限公司隧道塌方的原因分析、注意事项及处理措施3、塌方原因分析（1）坍塌面为一节理面，面上为泥质充填，从左下向右上延伸至正洞拱顶。（2）施工时爆破震动过大导致坍塌。洞内塌方实例——锦赤铁路（一）中铁第五勘察设计院集团有限公司隧道塌方的原因分析、注意事项及处理措施4、处理方案（1）塌腔内初喷10cm厚C25混凝土封闭，塌方段及其前后2m范围采用3m长φ22普通砂浆锚杆加固，间距1m×1m（环×纵）。（2）补立格栅拱架与左侧未破坏的拱架闭合成环，挂网喷C25混凝土至设计厚度，及时施作二次衬砌。（3）塌腔采用C25泵送混凝土回填。（4）避车洞位置视围岩情况可适当调整。（5）施工单位要尽快处理坍塌腔体，施工过程中，派专人进行岩体观察，有异常及时撤出所有施工人员，确保施工安全。洞内塌方实例——锦赤铁路（一）中铁第五勘察设计院集团有限公司隧道塌方的原因分析、注意事项及处理措施二、烧锅地隧道DK156+695～DK156+707段塌方1、原设计情况烧锅地隧道DK156+695～DK156+707段埋深为7m至9m。该段围岩为第四系中更新统黏质黄土，呈硬塑―坚硬状，夹有细角砾土透镜体，地表DK156+689处有一处冲沟。本段设计为Ⅴ级围岩加强复合式衬砌，Ф42超前小导管支护，全断面设置I16型钢钢架，间距80cm/榀，全断面采用网喷，喷射混凝土厚度为22cm。拱部设置Ф22组合中空锚杆，边墙设置为Ф22砂浆锚杆，长度3.0m，间距1.2m×1.0m。拱墙及仰拱采用C35钢筋混凝土衬砌。洞内塌方实例——锦赤铁路（二）中铁第五勘察设计院集团有限公司隧道塌方的原因分析、注意事项及处理措施2、施工情况烧锅地隧道DK156+690～DK156+765上导于2010年7月27日开始施工，至8月4日施工结束。采用机械开挖，按设计要求进行超前小导管支护和初支。2010年8月31日凌晨04点10分，DK156+695～DK156+699段下导右侧边墙准备进行喷锚施工，DK156+695～DK156+707段左侧突然发生塌方，塌方范围从右侧拱腰至左侧最大跨处，塌腔最大深度3m。塌方牵引DK156+690～DK156+695段左侧边墙初支开裂变形。洞内塌方实例——锦赤铁路（二）中铁第五勘察设计院集团有限公司隧道塌方的原因分析、注意事项及处理措施洞内塌方实例——锦赤铁路（二）中铁第五勘察设计院集团有限公司隧道塌方的原因分析、注意事项及处理措施3、塌方原因分析（1）隧道塌方段为中更新统黏质黄土，呈硬塑―坚硬状，塌方段拱顶以上50cm有厚约50cm的细角砾土夹层。（2）洞顶地形复杂，地表冲沟排水不畅，近期雨水较多，地表水下渗，导致围岩变软，压力增大，土体失稳。（3）洞顶有临时便道，车辆反复碾压对隧道初支稳定性造成不利影响。（4）下台阶施工进尺过大，初支未及时封闭成环。洞内塌方实例——锦赤铁路（二）中铁第五勘察设计院集团有限公司隧道塌方的原因分析、注意事项及处理措施4、处理方案（1）塌方段前后5m范围设置临时横撑，横撑采用Ф108钢管，并将横撑与钢架连接牢固，并对初支开裂部分采用Ф42小导管注浆进行加固。（2）DK156+695～DK156+707塌方空腔内先采用8cm厚C25素喷混凝土封闭，然后架立I16型钢钢架，0.8m/榀，并与右侧未破坏的钢架连接牢固，钢架间采用Ф22纵向连接钢筋连接，环向间距0.5m。（3）塌方空腔体内预埋Ф108钢管，待初支完成后向塌方空腔体内吹填C25喷射混凝土。洞内塌方实例——锦赤铁路（二）中铁第五勘察设计