维普资讯 http://www.cqvip.com 第３３卷第２０期 ２ ０ ０ ７年７月 山 西 建 筑 ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨ１］ ＥＣｒＵＲＥ Ｖ０Ｉ．３３ Ｎｏ．２０ Ｊｕ１．２００７ ·３３５· 文章编号：１００９．６８２５（２００７）２０．０３３５．０３ 隧道塌方原因分析及预防 王培义 摘要：根据新奥法支护结构设计原理对隧道塌方原因进行了分析，介绍了塌方前的征兆，并针对隧道塌方的原因，对防 塌的措施进行了简要论述，对隧道施工具有一定的借鉴意义。 关键词：隧道，塌方，原因，征兆，预防 中图分类号：Ｕ４５１ 文献标识码：Ａ 新奥法是我国当前隧道结构设计和施工的重要方法，锚喷支 ２．２施工方案和措施不当 护的应用为隧道大面积开挖施工创造了有利条件，隧道施工进度 忽略了围岩的变形规律，设计方案、施工方法和措施不当引 大大加快，但已锚喷支护的隧道发生塌方的事故仍经常发生，轻 发围岩突然变形，导致塌方。如设计施工方案或施工方法与地质 者给企业造成经济损失，重者施工人员丧失生命。下面对隧道塌 条件不相适应，地质条件发生变化，没有及时改变施工方法；爆破 方原因、征兆、预防措施进行了论述。 装药量太大，爆破振动扰动岩层；施工支护不及时，地层暴露过 久，引起围岩松动、风化等。 １ 新奥法支护结构设计原理 隧道围岩形成塑性滑移楔体，造成支护结构的剪力破坏；支 ２．３工序失衡 当开挖距离小于Ｄ（Ｄ为隧道开挖宽度）时，围岩两端由于受 护结构与围岩粘结紧密，两者共同工作，形成无弯矩结构；由锚 连续变形很 杆、钢支撑、喷混凝土等所提供的支护抗力，应与塑性滑移楔体的 到二次衬砌混凝土和开挖掌子面支撑的约束作用，小，主要是爆破后受振动影响的突然变形，而且在这个距离范围 滑移体相平衡。 ２隧道塌方的原因 ２．１ 地质原因 隧道通过断层破碎带、各种松散堆积体、岩层软硬相间或有 软弱夹层的岩体、受地下水长期浸泡冲蚀溶解作用的岩体、膨润 内，由于衬砌和开挖面支承的“空间效应”的影响，即使初期支护 抗力不足抵抗围岩滑移力，亦不至于失稳。但施工中，施工人员 盲目加快掘进进度，仰拱、二次衬砌滞后，造成工序严重失衡，当 二次衬砌和开挖掌子面距离大于２Ｄ～３Ｄ时，“空间效应”的影响 完全消失，初期支护抗力小于滑移力，围岩急剧变形，来不及施工 土地层、浅埋段、流砂层、严重偏压段时，在开挖后极易发生坍塌。 ２）注浆配合比的选定。根据现场试验及注浆稠度的需要，确 定使用１：１水泥砂浆，水灰比为１：１。 孔需４次－－５次注完，间断４ ｈ－５ ｈ，注浆压力不超过２ ＭＰａ。 塌方处理从２０００年８月开始，到２０００年１２月结束，累计钻 孑Ｌ ９ ８２０．６３ ｍ。用水泥砂浆１２ ９８１ ｍ３，钢材１０３ ｔ，混凝土８９５ ｍ３。 最大下沉量为２０ ｍｍ，最大水平收敛量为１０ ｒｉｌ／ｎ，在２８ ｄ内基本 ３）注浆方法。采用跳跃法注浆，注浆顺序由拱顶至拱脚，单 陕山隧道上导坑２０００年１０月贯通，对其进行监控量测；其拱顶 ３．３管棚设计及施工 管棚采用倘９×８热轧钢管，间距为４０ ｃｍ，管壁每隔１５ ｃｍ 达到稳定，均符合设计稳定要求。 该方案有效地控制并固结了山体岩层，使变形的岩层和围岩 达到了处理的预期效果。 交错钻眼，眼孑Ｌ直径６ ｍｍ～８ ｒｉｌ／ｎ，采用１：１水泥砂浆灌注，注浆 稳定，压力不超过２ ＭＰａ，孑Ｌ口设止浆塞，其角２。－－５。。 根据其角度，经现场试验和计算，管棚最佳长度为９．８ ｍ，钻 ５结语 ’ 实践证明陕山隧道塌方处理方案是合理的，施工组织得力， 孔采用ＭＫ一３型风动钻机，钻机稳定的置于满堂红脚手架上，能 为隧道贯通创造了条件，积累了经验。 准确地校正孑Ｌ的角位，有效地发挥了大管棚作用。 参考文献： ３．４开挖与衬砌 ［１］ＪＴＪ ０４２—９４，公路隧道施工技术规范［Ｓ］． 塌方段采用环形开挖留核心土法施工，机械开挖。二次衬砌 ［２］张密．地铁隧道二次村砌施工技术［Ｊ］ 山西建筑，２０ｏ５，３１ 使用整体式衬砌台车，用混凝土输送泵输送混凝土，有效地增加 （８）：１０３—１０４． 了二次衬砌墙部与拱圈部位的整体性。 ［３］吴２０ｏ５，３１ 坤．浅议隧道塌方的预防和处理［Ｊ］ 山西建筑，４塌方处理效果 （８）：１３２—１３３． Ｕｎｆａｖｏｒａｂｌｅ ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｉｎ ｔｕｎｎｅｌ ａｎｄ ｔｈｅ ｌａｎｄｓｌｉｄｅ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ＷＡＮＧ Ｂｏ ＬＩＵ Ｃｈａｎｇ－ｙｕａｎ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ Ｓｈａｎｓｈａｎ ｔｕｎｎｅｌ ｐｒｏｉｃｔｅ ｅｘａｍｐｌｅ ａｎｄ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｔｕｎｎｅｌ ｓｕｒｖｅｙ ｒｅｓｅａｒｃｈ，ｉｔ ｒｅｐｒｅｓｅｎｔｓ ｔｈｅ ｌａｎｄｓｌｉｄｅ ｔｒｅａｔ— ｍｅｎｔ ｓｃｈｅｍｅ ｉｎ ｄｅｔａｉｌ，ａｎｄ ｇｅｔｓ ｔｈｅ ｄｅｓｉｒｅｄ ｅｆｆｅｃｔｓ ｗｈｉｃｈ ａｒｅ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｃｏｎｔｒｏｌ，ｈｉｌｌ ｂｏｄｙ ｏｎｓｏｌｉｃｄａｔｉｏｎ ｎｄ ｔｈｅ ａｓｔａｂｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｄｅｆｏｒｍｅｄ ｒｏｃｋ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｎｄ ａａｄｊａｃｅｎｔ ｒｏｃｋ，ｗｈｉｃｈ ｉｌｗｌ ｇｅｎｅｒＮｉｚｅ ｔｈｉｓ ｌｎｄａｓｌｉｄｅ ｔｒａｔｅｍｅｎｔ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｕｎｆａｖｏｒａｂｌｅ ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ，ｔｕｎｎｅｌ，ｌｎｄｓｌｉａｄｅ，ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｔｅｃｈｎｉｑＨｅ · 收稿日期：２Ｏｏ７．Ｏ３—１２ 作者简介：王堵义（１９７３一），男，工程师，中铁十二局集团第三工程有限公司，山西太原０３００２４ 维普资讯 http://www.cqvip.com · ３３６ · ２第３ ０ ３卷藿２０ ７ ７年月 ０ 智 ｔ．Ｌ／ 西 建 筑二衬，极易导致塌方。 循环开挖进尺要短，关键工序间距要控制，控制仰拱和开挖 ２．４施工过程中质量不合格 面距离、二次衬砌和开挖面距离，已开挖段应快速封闭成环，严防 支护结构与围岩须粘结紧密、共同工作，锚喷支护结构才能 工序失衡。５通过监控量测指导施工 成为无弯矩结构，围岩在施工锚喷支护后不断收敛而最终趋于稳 ４．定的前提是支护抗力不小于滑移力。在施工过程中，如发生超挖 根据量测结果，判断支护体系及围岩的受力与变形情况，调 严重而进行回填、锚杆长度不足、锚杆砂浆不饱满或强度尤其早 整支护参数、施工方法；采用监控量测成果检测防塌措施的效果， 设计、施工，实现施工信息化。当发现测量数 期强度不足、喷混凝土强度厚度达不到设计要求、钢支撑未完全 指导超前地质预报、由喷射混凝土包围密实或钢支撑与围岩之间存在空隙及钢支撑 据有不正常变化或突变、洞内或地表位移值大于允许位移值、洞 未置于稳定坚固的基础上等质量问题，造成支护抗力达不到设计 内或地面出现裂缝以及喷层出现异常裂缝时，必须停止作业，制 要求或围岩未粘结紧密使无弯矩结构产生弯矩，导致塌方。 ２．５监控量测不到位 现阶段隧道的开挖都以新奥法理论为指导，在实际施工中， 未按规定进行量测并对成果进行分析或信息反馈不及时，导致决 策失误、措施不力，造成塌方。 ３塌方征兆 ３．１ 掌子面岩层塌方征兆 开挖后顶部围岩掉块不停；掌子面出水点频繁变换位置或突 然涌水，涌水由清变浊、流量增大；掌子面正面坍塌并向内发展； 岩层裂隙明显增大或层间填充物被水冲掉，水量增大；松散地层 不停掉渣；岩石出现岩粉或掌子面附近无故尘土飞扬；流砂地段 间隔涌流变成连续涌流，喷射混凝土被流砂冲破。 ３．２支护结构塌方征兆 ． 喷射混凝土大面积开裂、脱离甚至塌落，缝间有砂土不断流 出；锚杆垫板松脱；钢支撑扭曲变形，边墙支撑中间鼓出，连接点 明显变形；钢支撑、钢筋网格间喷射混凝土剥离、开裂，钢筋扭曲 变形；初支结构发出较大响声；连接板错位、连接螺栓被剪断，支 撑间砂土或岩块被挤出。 ３．３洞口地段和浅埋地段地表塌方征兆 洞口地段地面持续开裂，且裂口数量逐渐增加，裂口增大、加 深；地面陡岩发生崩塌现象；地面明显下沉，掌子面过后，其上地 面仍继续下沉，累计值超过容许值。 ３．４监控量测到的变形值显示塌方征兆 变形值长期不变小且变形速率仍较大；变形监控量测曲线明 显已收敛，但又出现变形值突然增大，位移或变形速率的骤然增 加往往是围岩破坏、衬砌开裂的前兆；围岩变形量、位移速率、初 期支护应力值超过容许值（容许值根据地质情况、隧洞埋深、断面 尺寸、地下水等情况确定）。 ４防塌措施 ４．１设计措施 隧道工程地质具有特殊性、复杂性、不确定性等特征，在设计 阶段，要根据地质情况，制定符合实际、能指导施工的设计方案， 设计参数要满足强度要求；在施工阶段根据实际开挖地质及量测 结果修正设计方案、开挖方法。 ４．２超前地质预报 对不良地质，通过超前地质预报进一步掌握地质情况，调整 支护参数和施工方法，采取防塌措施。 ４．３早喷锚、强支护，快速封闭成环 在不良地质地段施工时，应按照先治水、短开挖、弱爆破、先 护顶、早喷锚、强支护、早衬砌的原则稳步前进，合理控制开挖速 度，提高初支的刚度和承载力。 ４．４控制“空间效应”，严防工序失衡 定处理措施后再继续施工。 ４．６处理地表、地下水 进洞前应先做好洞口工程，稳定好洞口的边坡和仰坡，做好 天沟、边沟等排水设施，确保地表水不致危及隧道的施工安全；采 用降、堵、泄等方法处理地下水，提高围岩白稳能力，提高喷射混 凝土质量，防止流砂、突水、突泥；及时排水避免岩层长期浸泡。 ４．７减小爆破震动影响 在爆破时，要用浅眼、密眼，并严格控制装药量，用微差毫秒 爆破或采用导洞超前、预留光爆层等措施减少爆破对围岩白稳能 力的破坏。 ４．８地层加固和改良 对松散、无胶结、低强度岩层及开挖后有可能发生流砂、突 水、突泥的岩层，根据不同情况采用超前大管棚、超前小导管注 浆、水平旋喷桩、地表注浆、水平冻结等方法预加固地层和改良地 层，提高围岩自稳能力。 ４．９加强管理、保证施工质量 提高施工人员素质，严格按设计、规范和防塌措施施工，加强 管理、保证施工质量。 ４．１０加固措施 对应力和应变超限的初期支护和其他坍塌预兆应及时采取 措施，根据不同情况，采用嵌钢架、加网喷、加锚、壁后注浆、提前 模筑混凝土等方法加固，必要时先进行临时支撑、顶柱、扇形支 撑、方木垛支撑，然后再采取加固措施。 ４．１１制定防塌应急预案 储备应急设备、物资，尤其对不良地质隧道、城市地铁隧道、 水下隧道均应提前准备，以防不测。对有可能塌方地段，地质情 况不清楚、有塌方预兆，加固措施未制定并实施，不能冒进。 ５结语 隧道坍塌会对施工人员生命、企业财产、信誉造成不可估量 的损失，一定要在未进入易塌方地段前预防，不能等到了塌方临 界状态才去预防，更不能等发生坍塌后再想办法处理。在设计阶 段，要根据工程地质及水文地质情况制定合理的支护参数和施工 方法；施工阶段，特别在软弱围岩、含水地段开挖施工中，应严格 遵循“短进尺，弱爆破，紧支护，勤量测”的指导方针，并严格施工 管理确保工程质量。施工过程中还要根据隧道坍塌征兆、监测成 果采取必要的措施防止发生坍塌或及时停止施工、撤离人员、物 资设备以减少损失；并通过不断总结、创新，开发出更有效、更经 济、更先进的防塌技术、设备、器材，彻底杜绝隧道施工坍塌现象。 参考文献： ［１］王梦恕．地下工程浅埋暗挖技术通论［Ｍ］．合肥：安徽教育出 版社．２００４． ［２］胡高社，张紫昭，张 军．某引水隧洞冒顶塌方的治理案例分 析［Ｊ］．山西建筑，２００５，３１（１０）：１９—２０． 维普资讯 http://www.cqvip.com 第３３卷第２０期 Ｖｏ１．３３ Ｎｏ．２０ ２ ０ ０ ７年７月 山 西 建 筑 ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ Ｊｔｄ．２００７ ·３３７· 文章编号：１００９．６８２５（２００７｝２０．０３３７．０２ 沈哈客专新开河１ ３８ ｍ钢箱叠拱桥设计 许云生 摘要：详细介绍新开河特大桥钢箱叠拱的总体设计、静力分析、稳定分析、动力分析，设计结果表明钢箱叠拱结构具有 很好的刚度和动力性能，能较好地满足客运专线对桥梁结构刚度及动力特性的要求。 关键词：客运专线，钢箱叠拱，设计 中图分类号：Ｕ４４２．５ 文献标识码：Ａ １概述 Ｘ ＋（４×ｆ／Ｌ）×Ｘ。上拱Ｌ＝１４０ ｍ，厂＝３５ ｍ；下拱Ｌ＝１３５ ｍ， 本桥为哈大客运专线跨越长春市富民大街而设，本段线路位 厂＝２８ ｍ。拱肋失跨比为：上拱失跨比采用１／４；下拱失跨比采用 于直线上，客专正线与富民大街线路中心夹角约为５９。。长春市 １／４．８２。 、 富民大街规划宽度为８０ ｍ，其横断面布置为１５ ｍ绿化带＋５ ｍ 拱肋截面采用等截面钢箱，截面宽度为２．０ ｍ，高度为１．８ ｍ， 非机动车道＋３．５ ｍ人行道＋１５ ｍ机动车道＋３ ｍ隔离带＋１５ ｍ 顶、底、腹板厚度为３２ｍｉｔｔ；纵肋宽０．２ｍ，板厚度为２４ｍｉｔｔ；横隔板 机动车道＋３．５ ｍ人行道＋５ ｍ非机动车道＋１５ ｍ绿化带，目前 板厚为２４ ｍｍ，间距为２ｍ。 道路正在实施，路面宽度为５０ ｍ。 ２．２ 系梁 路中分隔带上布设有１根 １、８ ｍ的污水管，由于斜交角度 由于客运专线对桥梁结构变形、变位要求较严格，加之本桥 过大，中间设墩比较困难，因此只能采用大跨度桥梁通过的方案。 桥下净空较难控制，经综合考虑本桥系梁采用钢箱梁。截面尺寸 桥位距客专长春西站约７ ｋｍ，靠近站场，毗邻市区，其特殊的地理 等高部分梁宽度为２．０ ｍ，高为３．４ ｍ，顶、底、腹板厚度为３２ ｍｍ； 位置决定了该桥特殊的标示性和景观需求，同时建筑高度较易控 变高部分高度为３、４ ｍ～４．５ ｍ，宽度为２．０ ｍ，顶、底、腹板厚度 制，不宜用常规连续梁方案。考虑到桥墩尺寸的影响及边跨布置 为３２ ｍｍ。 尽量采用２４ ｍ，３２ ｍ标准简支梁，经综合比选，确定该桥主跨采 纵肋宽度为０．２ ｍ，板厚度为２４ ｍｍ；横隔板板厚为２４ ｍｍ， 用１３８ ｍ钢箱叠拱桥。主桥桥型布置见图１。 问距为２．０ ｍ。两系梁之间的中心距离为１６．００ ｍ。 ２．３吊杆形式及吊杆间距 本桥吊杆及上下拱连接采用实心圆钢。其中吊杆采用强度 等级为４６０实心圆钢，直径为１６０ ｍｉｔｔ；上、下拱肋之问连杆采用 强度等级为４６０实心圆钢连接，直径为１００ ｍｍ。吊杆间距从结 ３ 构受力方面看吊杆间距过大会使梁端转角增大，挠跨比值增大， 结构刚度降低，考虑到桥面系及纵梁计算跨度不宜太大，本桥吊 图１ 主桥桥型布置（单位：啪） 杆间距取８ ｍ，上下拱连杆间距取２．７ ｍ。 技术标准如下： １）线路：双线客运专线，线间距５．０ ｍ，拱桥平面位于直线上， ２．４桥面系 纵坡ｉ＝１．４‰。 本桥桥面板采用不与系梁结合，只与纵横粱结合的半结合体系。 ２）设计恒载：结构自重，钢结构材料容重ｙ＝７８．５ ｋＮ／ｍ３；钢筋 ２．４．１ 纵梁 混凝土结构材料容重ｙ＝２６．０ ｋＮ／ｍ３；期恒载按１８４ ｋＮ／＿ｍ计算。 从结构受力角度出发，在每线轨道下方附近各设置一道纵 ３）设计活载：采用“ＺＫ活载”。 梁，全桥共４道。纵梁采用等高度工字钢梁，梁高为２．２ ｍ，上、下 ４）正线桥梁设计的速度目标值采用３５０ ｋｍ／ｈ。 翼板宽度为０．８ｍ；上、下翼板厚３２ｍｍ，腹板厚度为２４ｍｉｔｔ；横隔 ５）轨道类型：型板式无碴轨道。 板板厚为２４ ｍｍ，间距为２ ｍ。两纵梁之间的中心距离为２．０ ｍ。 ２拱桥结构设计 ２．４．２横梁 １）中横梁采用等高度工字钢梁，梁高为３．４ ｍ，上、下翼板宽 ２．１拱肋 度为０．８ ｍ；上、下翼板厚３２ ｍｍ，腹板厚度为２４ ｍｉｔｔ；横隔板板厚 拱肋拱轴线采用二次抛物线，其方程为：ｙ＝（一４×ｆ／Ｌ ）× 为２４ ｍｍ，问距为２ ｍ。相邻横梁之间的中心距离除第一根横梁 Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｔｈｅ ｃａｕｓｅｓ ｏｆ ｔｕｎｎｅｌ ｃｏｌｌａｐｓｅ ａｎｄ ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ ｍｅａｓｕｒｅｓ ＷＡＮＧＰｅｉ—ｙｉ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｄｅｓｉｇｎ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｎｅｗ Ａｕｓｔｒｉａｎ ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ｒｅａｓ。ｎｓ ｃａｕｓｅｄ ｔｈｅ ｃｏｌｌａｐｓｅ ｏｆ ｔｕｒｍｅ［ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ． Ｔｈｅ ｐｒｅｍｏｎｉｔｉｏｎ ｂｅｆｏｒｅ ｃｏｌｌａｐｓｅ ｉｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｉｎ ｖｉｅｗ ｏｆ ｃｏｌｌａｐｓｅ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｇｎ ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｍｅａｓｕｒｅｓ ａｒｅ ｐｒｏｐｏ￣，ｗｈｉｃｈ ｈａｓ ａ ｃｅｒｔａｉｎ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ ｖａｌＨｅ ｆｏｒ ｐｒａｃｔｉｃｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｔｕｎｎｅｌ，ｃｏｌｌａｐｓｅ，ｃａｕｓｅ，ｐｒｅｍｏｎｉｔｉｏｎ，ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ 收稿日期：２００７．０３．２３ 作者简介：许云生（１９７１．），男，工程师，铁道第一勘察设计院桥隧处，陕西西安７１００４３