隧道塌方的原因分析、注意事项及处理措施.ppt

2011年1月北京 汇报人 谢勇涛 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 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 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 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 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 级围岩 其中DK54 985 920 DK54 840 750段采用 a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 b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 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 洞内塌方实例 赣韶铁路 一 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 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 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 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 级围岩 采用 级围岩复合式衬砌 钢架为格栅钢架 间距1 0m 钢筋网为 820 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 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 洞内塌方实例 赣韶铁路 二 地表坑洞 洞内照片 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 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 8钢筋网 网格间距25cm 25cm 采用 22砂浆锚杆加固 锚杆长3m 间距1m 1m呈梅花型布置 之后采用 42 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 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 42 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 22 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 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 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 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 洞内塌方实例 锦赤铁路 一 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 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 22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 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 级围岩加强复合式衬砌 42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 22组合中空锚杆 边墙设置为 22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 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 洞内塌方实例 锦赤铁路 二 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 4 处理方案 1 塌方段前后5m范围设置临时横撑 横撑采用 108钢管 并将横撑与钢架连接牢固 并对初支开裂部分采用 42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 22纵向连接钢筋连接 环向间距0 5m 3 塌方空腔体内预埋 108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 5 注意事项 1 加强塌方段的监控量测 对侵限部分初支进行拆换 2 严格控制施工进尺 初支及早封闭成环 二衬紧跟 3 做好地表水引排及洞顶低洼地段的防排水处理 防止地下水下渗影响隧道安全 4 施工临时便道应远离隧道洞顶 防止重车反复碾压对隧道初支造成不利影响 5 设置专人在隧道内进行观察 发现异常情况及时撤离洞内施工人员 洞内塌方实例 锦赤铁路 二 三 永兴隆隧道DK81 090 DK81 098塌方1 原设计情况永兴隆隧道DK81 078 DK81 098段设计为 级围岩 采用 级围岩加强复合式衬砌 环形开挖预留核心土法施工 初支采用全环I16型钢钢架 间距0 8m 榀 二衬采用C35钢筋混凝土结构 拱部采用 42超前小导管注浆支护 洞内塌方实例 锦赤铁路 三 2 施工情况本段隧道采用上下台阶法开挖 2010年10月6日 上台阶掌子面开挖至DK81 095并准备进行支护时 隧道拱顶覆盖土层发生塌陷 洞内坍塌范围为DK81 090 DK81 098 地表出现一塌陷 宽度7米 纵向 5 5米 横向 5 0米 深 洞内塌方实例 锦赤铁路 三 洞内塌方实例 锦赤铁路 三 3 塌方原因分析DK81 090 DK81 098段隧道上方地表面为水流冲沟 埋深较浅 拱顶以上覆盖层为残坡积泥质粉砂岩 围岩松散破碎 且近期降雨较多 地表水下渗导致围岩失稳 造成塌方 洞内塌方实例 锦赤铁路 三 4 处理方案 1 对塌腔壁及掌子面采用C25喷混凝土封闭 喷砼厚8cm 2 为防止塌方进一步扩大 DK81 080 DK81 090段隧道拱部及边墙采用 42小导管径向注浆加固地层 小导管长3 5m 间距1 2 1 2m 注浆材料采用1 1水泥浆 3 DK81 090 DK81 098塌方段初期支护采用全环I16型钢钢架 间距调整为0 4m 榀 二衬采用C35钢筋混凝土结构 洞内塌方实例 锦赤铁路 三 4 DK81 090 DK81 098塌方段待洞身初期支护施工完成后 施作50cm厚C20混凝土护拱 5 待DK81 090 DK81 098段二衬施作完成后 塌腔内回填夯填土石 填土时分层填筑 分层夯实 并在顶层填筑50cm厚粘土隔水层 6 塌腔回填夯实后在地表面浇筑C25混凝土 厚30cm 浇筑范围宽8m 沿隧道方向 长 沿冲沟方向 20m 7 加强DK81 078 DK81 118段洞内监控量测和地表沉降观测 洞内塌方实例 锦赤铁路 三 5 施工注意事项 1 地表塌腔附近设置警示标志 采取一定的防护措施 防止意外发生 2 做好地表水的临时引排 防止水流进入隧道 危及施工安全 3 及时抽排洞内积水 防止边墙浸泡失稳 4 仰拱及时施作 使初支及早封闭成环 二衬紧跟 以确保施工安全 洞内塌方实例 锦赤铁路 三 5 待二衬施工完成后塌腔方能回填密实 以防止初支承受过大荷载而出现安全隐患 6 加强监控量测工作 塌方处理时应设置专门的安全员 有异常时人员及时撤离 洞内塌方实例 锦赤铁路 三 第三部分洞内塌方总结 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 1 不良地质及水文地质条件 隧道穿过断层及其破碎带 或在薄层岩体的小曲褶 错动发育地段 通过各种堆积体 在软弱结构面发育或泥质充填物过多地段 隧道穿越地层覆盖过薄地段 水是造成塌方的重要原因之一 发生坍方的主要原因 2 隧道设计考虑不周 隧道选定位置时 地质调查不细 未能作详细的分析 或未能查明可能坍方的因素 没有绕开可以绕避的不良地质地段 缺乏详细的的地质及水文地质资料 引起施工指导或施工方案的失误 发生坍方的主要原因 3 施工方法和措施不当 施工方法与地质条件不相适应 地质条件发生变化 没有及时改变施工方法 工序间距安排不当 施工支护不及时 支撑架立不合要求 或抽换不当 先拆后支 地层暴露过久 引起围岩松动 风化 导致塌方 喷锚支护不及时 喷射混凝土的质量 厚度不符合要求 发生坍方的主要原因 新奥法施工的隧道 没有按规定进行量测 或信息反馈不及时 决策失误 措施不力 围岩爆破用药量过多 因震动引起坍塌 对危石检查不重视 不及时 处理危石措施不当 引起岩层坍塌 发生坍方的主要原因 1 隧道施工预防坍方 选择安全合理的施工方法和措施至关重要 应采取 先排水 短开挖 弱爆破 强支护 早衬砌 勤量测 的施工方法 2 加强坍方的预测 预测坍方常用的几种方法 观察法 一般量测法 微地震学测量法和声学测量法 3 加强初期支护 控制坍方 预防坍方的施工措施 1 隧道发生坍方 应及时迅速处理 2 处理坍方应先加固未坍塌地段 防止继续发展 并可按下列方法进行处理 小坍方 纵向延伸不长 坍穴不高 首先加固坍体两端洞身 并抓紧喷射混凝土或采用锚喷联合支护封闭坍穴顶部和侧部 再进行清砟 大坍方坍穴高 坍砟数量大 坍砟体完全堵住洞身时 宜采取先护后挖的方法 预防坍方的处理措施 坍方冒顶 在清砟前应支护陷穴口 地层极差时 在陷穴口附近地面打设地面锚杆 洞内可采用管棚支护和钢架支撑 洞口坍方 一般易坍至地表 可采取暗洞明作的办法 3 处理坍方的同时 应加强防排水工作 地表沉陷和裂缝 用不透水土壤夯填紧密 开挖截水沟 防止地表水渗入坍体 预防坍方的处理措施 坍方通顶时 应在陷穴口地表四周挖沟排水 并设雨棚遮盖穴顶 陷穴口回填应高出地面并用粘土或圬工封口 做好排水 坍体内有地下水活动时 用管槽引至排水沟排出 防止坍方扩大 4 坍方地段的衬砌 应视坍穴大小和地质情况予以加强 5 坍方后要加强监控量测 增加量测频率 根据量测信息及时研究对策 浅埋隧道 要进行地表下沉量测 预防坍方处理措施 第四部分边坡塌方实例 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 边坡塌方实例 南广线 南广线边坡滑塌 暗洞变明洞施工 边坡塌方实例 南广线 南广线路基边坡坍塌 边坡塌方实例 南广线 务塘隧道下穿洛湛铁路时既有铁路边坡滑塌 及时进行了上部刷坡卸载 没有造成既有线停运的事故 一 隆安三号隧道出口明洞边坡 洞内塌方实例 云桂线 一 洞内塌方实例 云桂线 一 边坡处理情况1 对隆安三号出口明洞线路右侧高边坡土体卸荷至框架梁顶部高度 2 经过检算 明洞段在严格按照设计的工序逐级开挖 逐级防护 由上而下 随挖随护的原则下施工 边坡坡体是稳定的 3 对于已经开裂的边坡 在卸载处理后 恢复原设计的临时防护以及永久防护措施的情况下 可以确保明洞完成后及运营期间洞身的稳定及安全 洞内塌方实例 云桂线 一 4 隆安三号隧道出口明洞永久防护锚杆框架梁节点处长锚杆参数采用 32后张预应力中空锚杆 长度为8m 5 框架梁内采用喷混植生防护 喷混植生防护所采用的锚杆分为短主锚杆与短辅锚杆 短主锚杆采用HRB335 16钢筋 锚杆长3m 短辅锚杆采用HPB235 12钢筋 锚杆长1m 布置详见云桂隧参01 15 03图 洞内塌方实例 云桂线 一 二 那国隧道初支及地面变形1 原设计情况那国隧道DK219 430 560段穿越处为弱风化带 地面横坡1 2 1 2 5 节理裂隙发育 地下水弱发育 隧道线路左侧存在地质顺层 衬砌结构为适合浅埋的V级B型复合式衬砌 并设置全环I20b型钢钢架及拱部 42超前小导管注浆支护 钢架间距0 6m 超前支护每2 4m设一超前小导管 长4 5m 施工工法采用大拱脚台阶法 并要求弱爆破 洞内塌方实例 云桂线 二 2 施工情况那国隧道出口自2010年8月6日正式暗洞施工 采用弧形导坑预留核心土工法 10月6日 监测发现DK219 519 508段初支变形较严重且局部开裂 现场对变形开裂地段采取锚杆加固措施 并及时施做二次衬砌 变形得到基本控制 10月23日 洞内DK219 505 483段线路左侧初支部分变形侵限 同时地表开裂 DK219 506 440地表变形开裂较严重 发育羽状裂隙 裂缝宽度5 12cm 洞内塌方实例 云桂线 二 洞内塌方实例 云桂线 二 3 洞内初支及地表变形开裂原因分析洞内初支及地表开裂的主要原因为爆破开挖引起地表陡坡表层山体开裂 地表开裂引起洞内应力变化从而造成洞内初期支护变形加剧 局部范围超过初期支护强度导致洞内初支变形开裂 其中钢架接头为钢架刚度的薄弱处出现侵限变形 洞内塌方实例 云桂线 二 4 处理方案 1 按施工图恢复DK219 506 450临时横撑或临时仰拱 纵向间距为0 6m 为确保施工安全 施工过程中根据现场监控量测情况 必要时加强临时支撑 如增加竖向支撑或设置伞形支撑 2 对DK219 506 483初期支护变形开裂段拱墙范围采用 42钢花管 壁厚3 5mm 注浆加固 钢花管长4 5m每根 间距为1 2m 纵向 1 0m 环向 并对要求拆换的钢架上下增设一排 42钢花管 壁厚3 5mm 注浆加固 注浆采用水泥砂浆 并根据现场情况试验调整注浆压力 洞内塌方实例 云桂线 二 3 注浆完成后 对局部初支侵限地段进行凿除或拆换处理 对需拆换地段应重新施作初期支护 然后及时施作DK219 506 483段二次衬砌 要求侵限拆换拱处理自洞口向洞内处理 必须采取跳拱拆换方式 每隔三环拆换一环 4 对洞外地表裂缝采取水泥砂浆或三合土进行封闭 并进一步加强地表及洞内的联合监控量测 坡脚处应增设观测点 加强对坡脚位移变形的监测 洞内塌方实例 云桂线 二 5 上述工作完成后 DK219 450掌子面掘进 支护等后续作业严格按设计文件和设计补充加强措施 缩小拱架间距 继续向前作业 同时要求严格按铁道部关于软弱围岩施工作业的相关要求组织施工 6 原设计DK219 517 520处 级非绝缘下锚段调整至DK219 437 440处 下锚侧向不变 洞内塌方实例 云桂线 二 第五部分边坡塌方总结 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 1 对隧道专业来说 大家对边坡的重视程度和认识不够 在今后设计中要将洞口的临时及永久边坡当做结构物进行设计 2 边坡对洞口高边坡的物力力学指标和边界条件分析类比选用进行边坡稳定性分析 进行边坡稳定检算时 要采用多种计算方法分析比较 并充分考虑雨水下参后土体 3 先取适合本地区和地层地质条件的支挡型式 如锚杆框架梁 土钉墙 预加固桩等型式不局限于重力式挡墙 边坡塌方总结 4 勘察设计单位进行边坡稳定检算时 要采用多种计算方法比较 并要充分考虑雨水下渗后土体 或顺层面 饱和对其力学指标的影响 边坡塌方总结 汇报结束 谢谢各位领导和同事