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西安鐵龍機械制造淺談隧道塌方的預防措施

作者:admin 發布日期:2018/8/23 關注次數: 二維碼分享

       近幾年隨著隧道工程的大量增多,如何預防隧道塌方事故的發生成為基礎建設中一個不得不面對的問題。這就需要從隧道工程的特點入手,了解塌方產生的原因,采取合理的開挖方法和有效的支護措施,預防隧道塌方的發生,保障施工安全、節省工程投入。本文從塌方產生的原因入手,陜西隧道臺車的小編就預防塌方發生的方法作簡要闡述。

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一、塌方產生的原因


(一)客觀地質條件


隧道工程是典型的地質工程,地質條件直接影響隧道塌方發生的概率。從地質情況看主要有以下幾種情況:


1. 地下工程通過褶皺構造、斷層、節理裂隙發育地帶;


2. 圍巖本身不穩定或已割成碎塊,造成強度低、結構松散,節理面有泥質物及巖屑充填,并且支護的不及時而暴露時間過長,導致圍巖風化嚴重;


3. 開挖面通過斷層,突然遇到較高水壓富水洞段,地下水向洞室內漏出,淘空了斷層構造帶中破碎巖體和充填物;


4. 巖層產狀不利或因巖爆等諸多地質原因。


(二)設計的不足


在進行初期勘察設計時,由于對隧道所在區的地質情況勘查了解不清,地質資料不詳細,對可能遭遇斷層、富水、巖爆、瓦斯等情況估計不足,對可能遭遇塌方以及產生塌方后的處理缺乏思想準備和相應的技術措施。或工期安排不合理,盲目追求進度,對不穩定圍巖沒有進行及時有效的支護;再或是為減少工程投入,安全支護參數過小,未能起到支護穩定圍巖的作用,而較終導致塌方的發生。


(三)人為原因


在隧道施工過程中****別是在開挖過程中,由于施工人員對地質情況了解不清,忽視圍巖細微變形,思想上麻痹大意,忽視開挖后的監控量測,抱著盲目樂觀和僥幸心理,對不良地質洞段沒有采取正確合理的開挖方法,開挖后支護不及時。在開挖時,爆破對圍巖的擾動過大,開挖后圍巖暴露時間過長,風化程度加劇,或由于設計的原因,中途進行擴挖或更換支護,造成應力重分布,使得原來不應塌方洞段,因巖體的應力失穩而產生塌方。


二、塌方的預防


(一)設計中對塌方的預防


塌方一般發生在施工階段,似乎與設計關系不是很密切,因而人們往往忽視設計過程對塌方的預防,其實不然。設計過程對塌方的預防主要從以下兩個方面入手:


1. 進行準確的地質情況勘察。隧道是典型的地質工程,地質條件是制約地下工程安全、質量、工程投資的關鍵因素,塌方的產生與地質條件的好壞有著密不可分的關系,不良的地質條件,如斷層、涌水、巖爆等都會直接導致塌方,地質勘察的科學性、準確性對預防隧道的塌方起著至關重要的作用,地質資料的缺乏給隧道施工帶來很大的盲目性。因此在施工前,進行詳盡合理的地質勘察是非常必要的,選擇合理開挖方法,及時采取有效的支護,預防塌方的產生。


2. 合理的設計。在掌握詳細的地質情況后,合理的設計起到關鍵的作用。其一,合理進行隧道的選線,避開不良地質段;其二,選擇合適的支護參數,既能滿足支護要求,又不增加工程投入。仰拱棧橋


(二)施工過程中塌方的預防


1. 施工過程中的地質預測預報。施工前設計階段的地質勘察,只能從宏觀上分析整個隧道通過區的基本地質情況,對可能出現的大斷層、富水洞段和高應力段沒有標識,或由于設備、方法的簡陋,對垂直埋深較大的洞段無法進行勘察,造成局部地質資料不足,因此施工過程中的地質預測預報必不可少。及時跟進掌子面的地質預測預報,對可能出現的局部地段圍巖破碎引起失穩、塌方和可能遭遇的斷層、涌沙、涌水都能及時預測清楚,能及時提醒施工人員采取合理的開挖和支護方法,預防塌方的發生。


2. 不良地質段塌方預防。隧道工程經常會遇到軟弱圍巖、巖爆、富水以及瓦斯等不良地質段,而這些不良地質情況是造成塌方的重要原因。因此,不良地質段的防塌工作顯得尤為重要。


1)Ⅳ、Ⅴ類圍巖等不良地質段塌方的預防方法:


開挖時的預防:當隧道通過斷層、斷層影響帶,或巖石比較破碎,風化嚴重;或巖層產狀、結構不利組合地段時,合理的開挖方法,能很好預防塌方的發生。一般采用方法:采用大管棚、小導管、超前錨桿等超前加固支護措施配合雙側壁導法、CRD法、CD法等分部開挖工法。


強支護是預防塌方的主要措施:洞室開挖后,圍巖一般有一定的自穩時間(對特別差地段可以采取超前支護),由于不支護的自穩時間與巖石條件和洞室的跨度等多種因素有關,圍巖不支護究竟能穩定多長時間,迄今為止國內外都沒有滿意的解決辦法。因此,在開挖后及時對圍巖情況進行準確的判斷,在圍巖自穩時間內及時給予支護,可有效限制圍巖變形的自由發展,防止巖體因松動、脫位而造成塌方。對地質不良地段,主要采取錨噴、網噴、噴混凝土與鋼支撐或格柵鋼架相結合的支護方法。


加強圍巖變形觀測是預防塌方的有效方法:變形現象是指隧道在巨大地壓作用下,圍巖屈服變形,拱壁向內移動,隧道變窄的一種地壓現象。地下洞室開挖后,圍巖在重新穩定過程中都存在變形,當變形超過允許范圍時,就會發生塌方。


新奧法施工中,通過量測儀器對圍巖的變形量和變形速率進行觀測分析,推測其較大變形量,估算是否會發生塌方,提前作出預告,以決定采取合理的支護方式、支護參數。目前采取的觀測方法有位移觀測、收斂位移觀測、壓力量測等,較常用是收斂位移量測,即量測隧道周邊或結構物內部凈空尺寸的變化。各國隧道洞室允許變形量標準不盡相同, 我國在國家標準《錨桿噴射混凝土支護技術規范》中對洞周容許相對收斂量進行了規定。


2)巖爆引起塌方的預防方法


巖爆產生機理:巖爆是高應力區地下洞室開挖中圍巖脆性破壞時應變能突然釋放所造成的一種動力失穩現象。由于巖體中儲藏的能量通常以彈性變形的形式儲聚,高應力集中區內,彈性變形越大,儲備的能量越多,開挖后圍巖表面應力被解除,具有高度彈性的脆性巖層由于爆破沖擊波的作用,動應力和應變靜應力疊加和釋放產生了脆性斷裂,形成了巖爆。


開挖時的預防:隧洞爆破開挖,既可以使圍巖應力得到部分釋放,也可以產生新的應力集中,發生巖爆。因此,在可能發生巖爆區段內采取二次開挖,先開挖上半斷面,減小光面爆破的周邊眼間距,且盡量分布均勻,以使開挖輪廓線相對圓順,減少新的應力集中。周邊眼采用小藥卷或間隔裝藥,爆破時導爆管段位增加,降低同段起爆藥量,以盡量減少爆破對圍巖的擾動。


  3)富水洞段塌方的預防


在地下水豐富的斷層破碎帶,大量的滲水、淋水甚至于涌水的部位,不僅影響施工的進度和質量,還容易造成塌方。在此種地段施工時,及時排水是預防塌方的關鍵,在了解巖石節理裂隙破碎帶的走向、傾向和傾角后,根據水量的多少可采用下面幾種方法:


第一,對于少量集中滲水、淋水地段,在將要通過的透水層部位布置一定數量的排水孔或埋設排水管,將滲、淋水集中到排水孔內導出,稱為排水孔法或排水管法;也可以通過在鋼筋網背后鋪過濾層或隔水層,將其固定在圍巖上,通過軟管邊排水、邊噴射混凝土,稱為金屬網法;


第二,如遇較大涌水,在支護時對主要涌水出水口暫不進行封堵支護,待涌水減小或沒有時,再進行支護或進行固結封堵,迫使水流改變流向。


第三,對于地下水壓較大、含水量豐富地段,采用超前加固支護,排堵給合等措施,進行綜合治理。


4)瓦斯洞段塌方的預防


瓦斯是從煤層中突出的一種可燃可爆氣體。當隧道穿過含有煤層的洞段時,不僅要注意煤層的穩定問題,更應防范瓦斯爆炸所引起的塌方,對空氣中的瓦斯狀況進行嚴格監控。因此,這種情況下預防塌方的方法主要是及時向洞內通風,將洞內瓦斯氣體稀釋并排出。在施工時要嚴格采用專用設備,采用正確的施工方法,減少引發氣體爆炸的火花、火星產生。鋼模臺車


3.消除人為因素影響,預防人為造成的塌方


由于施工人員為了搶施工進度,對圍巖的自穩能力過于樂觀,或由于地質條件一直較好,思想上過于麻痹,對突然出現的斷層等估計不足,準備不充分,很容易造成塌方。


為此在隧道的施工過程中,要對工期作合理的安排,在思想上要有對可能出現的各種不良地質情況有打持久戰的準備,在技術上對可能遭遇的塌方有詳細對應的技術措施。當出現斷層或其它不良地質現象時,一定要對地質情況作詳細的分析,充分了解圍巖特點和其穩定性,按照就低不就高的原則進行開挖和支護,并且加強圍巖的變形觀測和分析,對超過允許范圍的較嚴重變形洞段應及時采取相應的支護措施,抑制圍巖的進一步變形,能很好預防塌方的發生。

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