隧道坍方原因分析

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1、隧道坍方原因分析李桧祥李朝忠中铁隧道集团有限公司洛阳471009摘要：文章从理论与实践上讨论丁隧道工程师最为关心的隧道坍方问题，从自然因素、工程因素、人为因索、以及技术与管理方面深入分析了隧道坍方原因。关键词：隧道坍方原因隧道开挖时，因土压等作用和地层出现临空面后的应力调整，在软弱围岩内产牛裂缝或破坏，或者是由于围岩内已有的层理和节理等松弛、剥离，使岩石和泥砂等发生人量坍落的现象，称之为坍方。它是和剥落相类似的现象，但坍落的规模比剥落大。坍方过程大致为：开挖一围岩塑性变形—支护过大变形一支护局部破坏

2、一支护与围岩破坏失稳一坍方。隧道开挖时、开挖后、施工支护后,甚至在衬砌之后，都可能发牛•隧道坍方。引起隧道坍方的原因有多种，概括起來可归纳为：自然因索一一即地质和水文地质条件及具变化；工程因素——即在平衡稳定或未平衡稳定的岩土体中修建隧道施工中，引起地质和水文地质的变化；人为因索——即不合理、不适当的设计，不合理、不适当的施工方法等。1不良地质和水文地质条件及地形、地貌因素1.1不良地质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，一经开挖，潜在应力释放快、围岩失稳，小则引起围岩掉块、

3、坍落，大则引起坍方。当通过各种堆积体时，由于结构松散，颗粒间无胶结或胶结差，开挖后多引起坍塌。1.2地形、地貌因索1.2.1隧道穿越地层覆盖过薄地段如在沿河傍山等偏压地段、沟谷凹地浅埋和丘陵浅埋地段，都极易发生坍方。1.2.2隧道穿越地表水源如水塘、水库、沟槽、冲沟等地段：1.1.3隧道穿过地面建筑物，而且埋深浅如城市地铁隧道，城市过街隧道等，1.2.4影响隧道洞口安全L隧道洞身稳定的不良地质和特殊地层崩坍、错落、岩堆、滑坡、人为坑洞、泥石流、断层、流砂、膨胀岩、岩溶、岩爆等。这些都是常常引发坍方的

4、地质条件。铁路隧道囤岩分级屮的III级用岩：拱部无支护时，可产生小坍方，爆破振动过人时易坍方；IV围岩：拱部无支护FI寸，可产生较人的坍方，侧壁有时失稳；V级围岩：围岩易坍方，处理不当会出现大坍方，侧壁经常小坍方;浅埋时易出现地表下沉和坍方至地表;VI级围岩:极易坍方,极易变形，冇水时会发生流泥流砂，浅埋时易坍方手地表，地质多变地段容易发生坍方，尤其在软硬岩交界和地质突变处更容易发牛坍方。1.3地下水因素水是造成坍方的重要原因Z-o地下水的软化、浸泡、冲蚀、溶解等作用加剧岩体的失稳和坍落。岩层软硬相

5、问或有软弱夹层的岩体，在地下水的作用下，软弱面的强度人为降低•因而发生滑坍。地表水源对围岩的长期作用，如降雨阵雪，雨水和冰雪融化后渗人士体引起坍方。1.4岩石化学因索1.4.1含粘土质1.4.2蒙脱石、伊利岩矿物含量以上化学成份，可使岩层具膨胀性，隧道施工遇到时易发生坍方。2岩土力学与支护力学方面的因素2.1岩土丸学因索1.1.1流动性2.1.2流塑性2.1.3半塑性、塑性2.1.4流变性2.1.5挤压型1.1.6高地应力状态2.2地层结构因素岩层结构不是均质体，不是连续体，围岩变化大，工程地质与水

6、文地质条件相当复杂等因素。2.3支护力学因素1.3.1开挖后局部落石引发围岩第二个临空面，形成一个坍方因素。2.3.2开挖后围岩周边凹凸过大，应力集中明显。2.3.3爆破后松弛范围过大，荷载过大，在围岩无约束(无支护)吋则会引发坍方。1.3.4理论与实践都证明自然拱是存在的，但是其大小按公式计算也很难与实际相符。在自然拱以F的岩层总是可能坍落。2.3.5地下水与地表水、地表用、雪渗入洞内的影响：对FEI岩起软化作用和动水作用。2.3.6在软弱地层中开挖时，应力的变化会使迅速接近或超过岩体强度。当应力

7、超过强度，岩体将处于塑性不平稳状态直至坍塌。此吋，不及吋加固则发生坍方。2.3.7开挖后，相嵌地层冇相嵌承载作用存在(似十砌石相嵌)，但暴露时间过长，破坏了相嵌支承作用。2.3.8初期支护不封闭，始终处在不完全稳定状态，拱脚下沉过大或未闭合部位变形过大，初期支护整体失稳破坏。2.3.9初期支护不强，常常发生剪切破坏。2.3.10初期支护刚度不强，侧压力过大时容易引起支护变形失稳。2.3.11初期支护已完全成坏闭合，但术及时衬砌，对于其有流变状态的围岩，由于支护一直在变形，局部变形超过极限引发整体失稳

8、破坏。2.4工程结构因素2.4.1净空跨度大；2.4.2断血血枳太大时的分部开挖面积较大或全断血开挖血枳大。2.4.3断面形状扁平、高窄；2.4.4隧道结构交叉口。2.5其它力学因素2.5.1特殊或意外的外部作用条件2.5.2动荷载的影响3隧道设计方面的因素(1)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。一旦隧道施工开始，也未能补钻补勘。2)由于设计所提供的地质及水文地质资料不详，或与实际出入较人，引起施工指导或施工方案的失误。(3)设计支护方法不适合