1塌方原因分析

2022-06-20 11:27:02 字數 5196 閱讀 3274

隧道開挖時,因土壓等作用和地層出現臨空面後的應力調整,在軟弱圍岩內產生裂縫或破壞,或者是由於圍岩內已有的層理和節理等鬆弛、剝離使岩石和泥砂等發生大量塌落的現象,稱之為塌方。它是和剝落相類似的現象但塌落的規模比剝落大。 塌方過程大致為:

開挖一圍岩塑性變形一支護過大變形一支護區域性破壞一支護與圍岩破壞失穩一塌方。隧道開挖時、開挖後、施工支護後甚至在襯砌之後,都可能發生隧道塌方。

1.1 不艮地質

隧道穿過斷層及其破碎帶,或在薄層岩體的小曲褶、錯動發育地段,一經開挖,潛在應力釋放快、圍岩失穩,小則引起圍岩掉塊、塌落,大則引起塌方。當通過各種堆積體時,由於結構鬆散顆粒間無膠結或膠結差,開挖後多引起坍塌。

1.2地形、地貌因素

1隧道穿越地層覆蓋過薄地段;

2隧道穿越地表水源如水塘、水庫、溝槽、沖溝等地段;

3隧道穿過地面建築物,而且埋深淺如城市地鐵隧道,城市過街隧道等;

4影響隧道洞口安全與隧道洞身穩定的不良地質和特殊地層崩坍、錯落、岩堆、滑坡、人為坑洞、泥石流、斷層、流砂、膨脹巖、岩溶、岩爆等。這些都是常常引發塌方的地質條件。

1.3地下水因素

水是造成塌方的重要原因之一。地下水的軟化、浸泡、沖蝕、 溶解等作用加劇岩體的失穩和塌落。岩層軟硬相問或有軟弱夾層的岩體,在地下水的作用下,軟弱面的強度大為降低,因而發生滑塌。

1.4採用施工方法和措施不當

施工中經常存在:施工方法與地質條件不相適應,地質條件發生變化,沒有及時改變施工方法;施工支護不及時;地層暴露過久,引起圍岩鬆動、風化;忽略了圍岩的變形規律,圍岩的變形同時具有連續變形和突然變形的特徵。當開挖距離小於d(d為隧道開挖寬度)時,圍岩兩端由於受到二次襯砌砼和開挖掌子面支撐的約束作用,連續變形很小,主要是爆破後的受震動影響的突然變形,而且在這個距離範圍內由於襯砌和開挖面支承的「空間效應」的影響,即使初期支護抗力不足圍岩滑移力亦不致於失穩,當這個距離為1.5~3d時,「空間效應」的影響完全消失,初期支護抗力小於滑移力的問題即刻暴露出來,圍岩急劇變形,極易引起塌方的發生。

1.5施工工藝及操作欠規範

工程質量不合格施工過程中存在的工藝操作不符合施工技術規範要求,施工管理不到位,質量意識、安全意識不強也是造成塌方的另乙個重要原因,常發生的施工質量問題有錨桿長度不足、錨桿砂漿不飽滿或強度尤其早期強度不足、噴砼強度厚度達不到設計要求、鋼支撐未完全由噴射砼包圍密實或鋼支撐與圍岩之間存在空隙及鋼支撐未置於穩定堅固的基礎上等。以上質量問題直接造成支護抗力未達到設計要求或圍岩未粘結緊密使無彎矩結構產生

1.6地質預報和監控量測

地質預報和監控量測是施工的重要環節。地質預報工作應在隧道開工後不間斷進行。在隧道施工中,監控量測必須按施工方案及規範要求進行,施工中往往因監控量測不到位,布點、控制等不準確或不符合要求,對施工起不到指導作用,造成邊牆、拱頂塌方。

1.7管理

隧道施工過程中,安全管理、施工監控等至關重要。多數隧道施工往往因為操作人員安全意識不強、安全檢查不到位、現場施工控制力度不強等等因素,造成施工安全事故。

1.8其他原因

1)隧道設計方面的原因:地質調查不細,設計支護方法不適合圍岩,支護設計強度、剛度不夠。

2)施工方法、施工順序和施工技術、工藝方面的因素:不適合圍岩的施工方法與施工順序、不恰當的施工技術與不良的操作都有可能引起隧道塌方。

2塌方處理方案

一般的處理原則是先加固,防擴充套件,後處理的原則,要求處理塌方寧早勿遲甯強勿弱。實踐證實塌方發生後在一段時問內就會趨於穩定,形成自然拱,而然拱的高度、寬度與普氏平衡拱理論計算結果基本相符,以普氏平衡拱理論和「新奧法」原理為依據來指導塌方處理,經實踐證明是行之有效的。對一般塌方可直接進行塌體處理,而對塌體破碎鬆散、影響範圍大的塌方一般分為初期處理與塌體處理兩部分。

2.1 初期處理

初期處理的目的是為了防止塌體的繼續發展,一般分步採取如下措施:

1封閉塌體,加固塌體後方。普氏平衡拱理論在塌方處理中的重要性在於:表明在一定的地質條件下,塌方高度與開挖寬度成正比,即只要開挖寬度不變,就不會有新的坍塌,應用其塌方高度計算公式計算塌方高度的目的在於,初步判斷目前塌方高度是否已達到對應目前寬度的理論計算值,進而判斷塌方是否已趨於穩定。

由於圍岩並不象普氏理論假設的那樣為均質,所以,實際塌方輪廓也不是理想的拋物線形。在定性做出塌方穩定的判斷後, 也不能排除個別小石塊的鬆動吊落的可能。因此,就有應用「新奧法」原理處理塌方的另一重要步驟:

及時對塌穴作噴混凝土處理,此步驟的重要性不在於噴混凝土本身強對塌穴的支護作用,而在於形成平衡拱的圍岩本身具有一定自穩能力,但由於圍岩的不均質,可能有小石塊鬆動掉落,進而引發較大的坍塌,而噴混凝土附著在圍岩表面上,圍岩變形就會及時反映在噴混凝土表面上,為準確判斷圍岩穩定提供強有力的依據。在塌方後方5 m一 10 m範圍內採用鋼支撐及小導管注漿進行加固。

2如塌方塌至地表,則應對塌方漏斗地表進行截水,必要時搭遮雨棚以防地表水灌人塌體內。待洞內處理完畢後,採用土石夯填要略高出原地面,待填土下沉穩定後,用m7.5漿砌片石鋪砌。

3在塌體後方5 m~10 m範圍內施作二次模築襯砌中,較穩妥地鞏固後方,並及時施工仰拱,使之形成完整的支護體系,以阻止圍岩繼續變形坍塌。

2.2塌體處理

塌體處理一般是在初期處理完畢後或塌方暫時達到自穩時進行。常用的方法有管棚法、小導管注漿法、三台階開挖法、二次襯砌加強法及回填法等,並在處理過程中加強監控量測工作,用量測資訊動態指導施工。

1三台階開挖法。「新奧法」原理要求軟岩地段或塌方段施工始終堅持「弱爆破、短進尺、強支護、早封閉、勤量測、緊襯砌」的原則。三台階開挖法,開挖台階長度為3 m~5 m,以人工風鎬配合挖掘機為主,輔助微弱爆破,出碴採用挖掘機或裝載機裝,自卸汽車運輸;每迴圈進尺為一榻拱架間距,這樣就能在不擾動圍岩的情況下安全順利地通過塌方體。

2二次襯砌加強及回填法。因為塌方段襯砌荷載比在未塌前增大,所以襯砌要加強,加強襯砌應優先考慮採用提高混凝土標號和在襯砌內加鋼筋或型鋼或鋼軌,以及進一步採取加固穩定塌穴以減小襯砌荷載等措施。

3塌方的處理依據

塌方的處理必須建立在對塌方正確認識的基礎上,塌方處理方案的制定如同鬥方案的制定,如果方案不當或失敗,不但導致更大的經濟損失,而且可能造人員**,故一般的處理原則是先鞏固後方,防止塌方擴大.然後以安全的後方為依託或掩護再向前進行處理塌方。經驗認為塌方發生後在一定時間內就會趨於穩定,形成自然拱,而自然拱的高度、寬度與普氏平衡拱理論計算結果基本相符。

3.1普氏平衡拱理論

前蘇聯學者m·m普洛托雅克諾夫(簡稱普氏)以鬆散理論為基礎,認為在鬆散介質中開挖隧道後,隧道上方將形成拋物線的平衡拱,平衡拱高度h為:h—b/fm 式中: 平衡拱的半跨度,m;fm一一岩石堅固性係數,土層:

fm—tan ;岩石:f =r/10; 土的摩擦角; r——岩石的抗壓極限強度,mpa;取值應考慮岩石天然層理、裂隙及節理的影響。 在隧道側壁穩定時,即拱部塌方時,平衡拱寬度就是開挖寬度,即b—b|當側壁不穩定時,平衡拱寬度為b=b|+h ·tan(45。

-~/2) 式中:h ——隧道淨高,m; b|一一隧道淨寬之半。

3.2塌方穩定分析及處理

對塌方後的穩定情況能否作出正確的判斷是制定處理方案的關鍵,否則,不是冒險就是加大投入。一般情況下塌方發生後 1~2d就基本穩定,除個別掉小塊外,不再有大的坍塌,這時可根據工程地質資料及試驗結果,確定岩石堅固性係數,再根據開挖情況,即可按平衡拱公式確定塌方高度,與現場對照,如果計算與實際基本相符,則說明塌方已經基本穩定,否則就要慎重對待。 經過平衡拱穩定分析,確定塌方穩定後,即可著手進行處理,

第一關鍵步驟就是對塌穴進行噴射砼處理,噴砼後,即使塌穴有危石或個別坍塌亦會及時發現,噴射砼在圍岩面形成一保護層, 亦是判斷塌方穩定與否的最有效、最直接的參照或依據。之後即可出渣,出渣範圍依據即將準備襯砌的範圍確定,為了安全,不宜太長,邊出渣邊對側壁進行支護。塌方段的永久支護結構及施工順序的確定是最後乙個關鍵,通常塌方段的支護結構從上至下依次為回填、護拱、襯砌,直觀上施作護拱然後在護拱保護下施作襯砌是安全的,而實質上施作護拱本身就極為困難而且危險極大。

實踐證明先施作襯砌,然後施作護拱及回填是既安全又經濟的辦法,但這種方法有乙個前提,就是開挖寬度不再擴大(極個別除外),襯砌的加強可採取增加鋼軌或型鋼及提高砼標號的方法來實現。襯砌澆築後,平衡拱的拱腳就受到約束,塌方就更進一步穩定了,往後的施工更安全了。

4隧道施工預防坍塌方措施

4.1坍塌前徵兆

圍岩的變形破壞,失穩坍方,是從量變到質變的過程,在量變的過程中,必然會在圍岩的工程地質和水文地質特徵及岩石力學上反應出一些徵兆。因此,根據這些徵兆來**圍岩的穩定性,進行地質預報,從而保證施工的安全,防治隧道坍塌方。圍岩的變形破壞,失穩坍方,有以下一些徵兆。

1.遇特殊和不良地質條件,如斷層及其破碎帶、滑動層、溶洞、陷穴、古河槽、堆積體、流沙、淤泥、地下水、鬆散地層等穩定性差的圍岩。

2.水文地質條件的變化,如乾燥的圍岩突然出水,地下水突然增多,湧水量增大,水質由清變濁(地下水將斷層泥帶走)等都是即將發生坍方的前兆。

3.開挖面上有可能不穩定塊體出露,尤其是小斷(夾)層或其它軟弱結構面和圍岩的節理裂縫構造可能不穩定塊體的出露處,往往是區域性圍岩坍方的部位。

4.拱頂不斷掉下小石塊,甚至較大的石塊相繼掉落,預示著圍岩即將發生坍方。

5.岩石裂縫旁出現巖粉或洞內無故發現有岩粉飛揚時,也說明可能即將發生坍方。

6.圍岩發生裂縫,並逐步擴大,很可能要發生坍方。

7.支護受力(敲擊發聲清脆有力,拱架接頭擠偏或壓劈等)變形甚至發出聲響時,說明圍岩壓力增大,有坍塌的可能。

8.噴射砼出現大量的明顯裂紋,亦說明圍岩壓力增大,有可能出現失穩坍方。

9.圍岩或隧道支護,拱腳附近的水平收斂率大於0.2mm/d,或拱頂下沉量大於0.1mm/d,並繼續增大時,說明圍岩仍在發生變形,處於不穩定的狀態。

4.2隧道坍塌方預防措施

1.地質預報措施

根據本工程區域地質資料,結合現場實際考察分析結果,巴家山隧道施工超前地質預報方案擬採用以地質分析法為主,以超前水平鑽孔或超長炮孔驗證相結合,對重要的地質介面、斷層或物探異常段可採用tsp203地質探測儀或地質雷達進行探測超前地質預報。專案隊隧道施工地質預報工作應嚴格按專案隊隧道施工地質預報方案實施,做好隧道施工地質工作,尤其是超前地質**預報,為正確地選擇斷面大小、襯砌型別、施工方法、支護設計提供依據,指導施工。

2. 圍岩監控量測及洞內觀察

現場監控量測,是在隧道施工過程中,對圍岩和支護系統的穩定狀態進行監測,為噴錨支護和二次砼襯砌的引數調整提供依據,把量測的資料經整理和分析得到資訊及時反饋到設計和施工中,進一步優化設計和施工方案,以達到安全、經濟、快速施工的目的,圍岩量測是施工管理中的乙個重要環節,是施工安全和質量的保障。

(1)現場監控量測的作用

a、了解圍岩,支護變形情況,以便及時調整和修正支護引數,保證圍岩穩定和施工安全;

b、提供判斷圍岩和支護系統基本穩定依據,確定二次砼襯砌施作時間;

c、依據量測資料採取相應措施,在保證施工安全的前提下加快施工進度;

黃土隧道塌方原因分析

隧道右線塌方冒頂原因分析 一 隧道右線長740m,2012年12月19日塌方前,左側上台階 右側上台階均開挖至k4 804.7,左側中台階開挖至k4 811.5 左側 階開挖至k4 813.7 右側中台階開挖至k4 810.8 右側 階開挖至k4 815.3。經開挖揭露左側上台階拱腳部位圍岩為灰岩 ...

碎裂結構圍岩塌方控制因素分析

摘要 碎裂結構圍岩在隧道施工中經常發生塌方及掌子面湧出 坍塌事故。通過對現場隧道圍岩塌方特徵進行分析,提出了碎裂結構隧道塌方的控制因素是圍岩的結構強度,指出改善圍岩的物理力學特性,增加圍岩的自承能力及其整體性是控制碎裂結構隧道塌方的主要因素。關鍵詞 碎裂結構隧道塌方結構強度 在碎裂圍岩中進行隧道施工...

離職原因分析

公司離職率高的原因分析 公司的核心競爭力 也就是所謂不可複製的競爭優勢 可以體現在公司獨特的技術,也可以體現在在某一領域獨有的資源 包括社會關係 商資源 品牌效應等 也可以是富有競爭力的運營模式。在公司各項管理活動中,人的管理是所有管理中最關鍵的內容之一。調查表明,在工作中大部分員工的能力只發揮了4...