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摘要：土质隧道在施工中由于各种原因的塌方几乎是不可避免的，本文以宁夏沙坡头北干渠隧洞工程，总结土质塌方的形式和处理措施，提出塌方预防的设计。
关键词：土质隧道；塌方处理；塌方预防
Abstract: soil tunnel during construction due to various reasons of the landslide is almost inevitable, this paper takes Ningxia Shapotou North Main Canal tunnel project, summarizes the soil collapse and treatment measures, puts forward the design landslide prevention.
Keywords: soil tunnel; landslide; landslide prevention
中图分类号：TU94+3.4 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2013）
1工程概况
沙坡头水利枢纽北干渠下段扩建改造隧洞工程位于宁夏境内，总长4900米，隧洞断面形式采用马蹄形，洞室有效尺寸为4.2×4.2m，为无压输水隧洞。地层以砂岩为主，层位不连续，以夹层和透镜体为主，橘红色、暗红色，泥质胶结，胶结程度差，成岩作用差。物理力学指标：坚固系数1.0，自由膨胀率14～12.5%，无膨胀性，凝聚力20Kpa,内摩擦角30。，单位抗力系数100N/cm3 ,[R]=250Kpa。在施工过程中有大量渗水，水的化学类型为CL-SO4-Na型，SO4-2离子的含量为1050～4790mg/L,对普通水泥有强结晶腐蚀性。
2塌方形式及处理措施
2.1 工作面上方小型塌方
当工作面有含水砂层或粉质壤土强度较低时，隧道开挖后，围岩在地应力作用下极易形成松散体，或超前支护管棚打设的密度不够，则拱顶上方松散体沿超前支护的缝隙塌落，在拱顶上方形成小型塌空区，如图1所示。
此种塌方处理措施为：在超前支护上方填充混凝土块，碎石块或填充混凝土，对塌空面上方围岩进行支护，限制围岩塑性区变形破坏，防止塌方的恶化。其初期支护只需在原设计基础上略有加强即可，如增加钢拱架密度，增加混凝土喷层厚度，增加锁脚锚杆根数等。
2.2 初期支护后塌方
隧道开挖后，临时支护不能提供足够的支护力限制围岩变形，致使围岩在地应力作用下不断变形，并最终失稳破坏。此种塌方一般发生在临时支护后和二次混凝土衬砌前的一段时间内。
(1) 隧道塌方后形成暂时稳定的可见塌空腔
一般情况下，发生塌方后，塌空腔壁顶地质条件较好情况下，能形成临时平衡拱。塌空区可保持暂时稳定的可见塌空腔。塌空腔在10～20 小时内不发生掉块现象，可看作暂时稳定。如图2所示。
处理措施：此种塌方的空腔可看作开挖的隧道，所以必须对塌空腔壁进行支护。防止塌方的继续发生。其处理步骤为：a 、先清除部分塌方体，形成处理塌腔的作业空间。b 、对塌空腔壁喷射5cm 厚的混凝土，防止塌方腔壁掉块，形成安全隐患。沿塌空面铺设钢筋网(φ6. 5 钢筋@20 ×20cm) ，架设钢架。c 、再次喷射10～15cm 厚的混凝土。d 、沿原设计开挖线架立拱架，并在拱架上铺设钢筋网(φ6. 5 钢筋@20 ×20cm) ，喷射混凝土封闭。
(2)塌方后无可见塌空腔
当塌方发生在地质条件较差的地段，塌空区上方难以形成较稳定的平衡拱，则塌空区将不断扩大，塌方体将隧道埋死，无可见的塌空腔，如图3 所示。
处理措施：此处塌方难以判断塌空区高度和宽度，因塌方体将原开挖的隧道封死，，塌方体为无明显空洞的连续体。此种塌方可看作在松散土体内重新开挖隧道，考虑围岩无自承力，作用在支护上的松散压力很大，必须改变支护方法，加强临时支护力度。本隧道处理步骤为：a 、塌方体内沿开挖线上方30cm 左右打设超前小导管，倾角为10°～20°，间距为10cm ，小导管为φ48钢花管。b 、超前管棚施工完毕后对松散土体进行注浆,本工程采用注1 :1 水泥浆,注浆压力在0. 5～1.0MPa 之间。c 、对塌方体采用短台阶开挖,先开挖拱部,开挖40～50cm 后,立即架设I20钢拱架。并在每榀拱架起拱线附近打设锁脚锚杆,锁脚锚杆长2.5～3. 0m。钢拱间及与锁脚锚杆间均需焊接为整體。d、每开挖2～3m ,浇筑拱部临时混凝土,混凝土标号比二次衬砌混凝土标号低一等级,浇筑厚度为30cm。e 、拱部开挖完毕后,开挖墙部塌方体。墙部开挖后,架立拱架和浇筑临时支护混凝土。注意墙脚部位需加厚临时混凝土浇筑厚度,并设置径向锚杆,防止侧向失稳。
为安全起见，加强塌空区初期支护强度，加密拱架间距，增加初期支护喷射混凝土厚度，在底脚增加锁脚锚杆根数，在拱脚设置混凝土基础增加地基承载力等。当塌方处理完毕后，必须进行安全监测，并及时跟进二次衬砌。
3 塌方的预防
根据塌方原因，制定相应的施工措施和支护方法是预防塌方的有效途径，应以以“先治水、短开挖、弱爆破、强支护、早衬砌、勤检查、稳步前进”为指导原则。
土质隧道施工，应做好岩层构造节理的产状与分布状况的调查。对因构造节理切割而形成的不稳定部位，在施工时加强支护措施，防止坍塌，以策安全施工。
(1) 加强超前支护：土质隧道开挖后的自稳时间极短，往往来不及进行支护就失稳，所以在开挖前，必须进行超前支护，本工程一般采用管棚支护，对于拱顶为含水砂层时，需对砂层注浆，使砂层具有一定强度，增加其自承能力，防止砂层开挖后立即塌落。
(2) 减小对围岩的扰动：在土质隧道地质条件较差的情况下掘进中尽量采用机械开挖，当需要进行爆破时，必须采用小药量分次爆破。防止形成较大的松动区，使初期支护上的压力过大而失稳。
(3) 及时进行刚性强支护：在土体中开挖隧道，工作面前方部分的围岩在开挖前已发生变形，开挖后，必须采取刚性强支护，防止围岩发生有害的塑性变形。首先及时喷射混凝土防止松动块掉落，提高围岩自承力；其次架设工字钢拱架支护，底脚布设混凝土垫层，提供强力支护，使围岩塑性变形控制在安全范围内；最后再次挂网喷射混凝土，增加支护力。
(4) 优化施工方法：对于地质条件特别差的土体隧道掘进，采用分台阶预留核心土方法开挖，缩短开挖与支护时间，及早对围岩提供支护力。
(5) 及早进行二次衬砌：土质隧道围岩具有蠕变性质，为了节约初期支护费用，又能防止隧道失稳，应当及时进行二次衬砌。二次衬砌的时间应根据围岩变形观测结果确定，根据本工程经验，二次衬砌滞后开挖不宜超过一个月。
4结束语
随着西部大量的基础工程建设，在土体或软岩内掘进隧道越来越多，而隧道掘进过程中的塌方无论对工程经济效益、工期、安全等都会造成很大的影响。怎样预防塌方，防患于未然，减少工程不必要损失，是广大地下工程技术工作者需认真思考的问题。本文从工程实例出发，分析塌方原因和总结预防隧道塌方技术，为类似工程减少塌方提供参考。
参考文献
【1】陆士良,王悦汉. 软岩巷道支架壁后充填与围岩关系的研究[J ] . 岩石力学与工程学报,1992 ,2.
【2】汤康民. 岩土工程[M] . 武汉工业大学出版社,2001 ,6.
关键词：土质隧道；塌方处理；塌方预防
Abstract: soil tunnel during construction due to various reasons of the landslide is almost inevitable, this paper takes Ningxia Shapotou North Main Canal tunnel project, summarizes the soil collapse and treatment measures, puts forward the design landslide prevention.
Keywords: soil tunnel; landslide; landslide prevention
中图分类号：TU94+3.4 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2013）
1工程概况
沙坡头水利枢纽北干渠下段扩建改造隧洞工程位于宁夏境内，总长4900米，隧洞断面形式采用马蹄形，洞室有效尺寸为4.2×4.2m，为无压输水隧洞。地层以砂岩为主，层位不连续，以夹层和透镜体为主，橘红色、暗红色，泥质胶结，胶结程度差，成岩作用差。物理力学指标：坚固系数1.0，自由膨胀率14～12.5%，无膨胀性，凝聚力20Kpa,内摩擦角30。，单位抗力系数100N/cm3 ,[R]=250Kpa。在施工过程中有大量渗水，水的化学类型为CL-SO4-Na型，SO4-2离子的含量为1050～4790mg/L,对普通水泥有强结晶腐蚀性。
2塌方形式及处理措施
2.1 工作面上方小型塌方
当工作面有含水砂层或粉质壤土强度较低时，隧道开挖后，围岩在地应力作用下极易形成松散体，或超前支护管棚打设的密度不够，则拱顶上方松散体沿超前支护的缝隙塌落，在拱顶上方形成小型塌空区，如图1所示。
此种塌方处理措施为：在超前支护上方填充混凝土块，碎石块或填充混凝土，对塌空面上方围岩进行支护，限制围岩塑性区变形破坏，防止塌方的恶化。其初期支护只需在原设计基础上略有加强即可，如增加钢拱架密度，增加混凝土喷层厚度，增加锁脚锚杆根数等。
2.2 初期支护后塌方
隧道开挖后，临时支护不能提供足够的支护力限制围岩变形，致使围岩在地应力作用下不断变形，并最终失稳破坏。此种塌方一般发生在临时支护后和二次混凝土衬砌前的一段时间内。
(1) 隧道塌方后形成暂时稳定的可见塌空腔
一般情况下，发生塌方后，塌空腔壁顶地质条件较好情况下，能形成临时平衡拱。塌空区可保持暂时稳定的可见塌空腔。塌空腔在10～20 小时内不发生掉块现象，可看作暂时稳定。如图2所示。
处理措施：此种塌方的空腔可看作开挖的隧道，所以必须对塌空腔壁进行支护。防止塌方的继续发生。其处理步骤为：a 、先清除部分塌方体，形成处理塌腔的作业空间。b 、对塌空腔壁喷射5cm 厚的混凝土，防止塌方腔壁掉块，形成安全隐患。沿塌空面铺设钢筋网(φ6. 5 钢筋@20 ×20cm) ，架设钢架。c 、再次喷射10～15cm 厚的混凝土。d 、沿原设计开挖线架立拱架，并在拱架上铺设钢筋网(φ6. 5 钢筋@20 ×20cm) ，喷射混凝土封闭。
(2)塌方后无可见塌空腔
当塌方发生在地质条件较差的地段，塌空区上方难以形成较稳定的平衡拱，则塌空区将不断扩大，塌方体将隧道埋死，无可见的塌空腔，如图3 所示。
处理措施：此处塌方难以判断塌空区高度和宽度，因塌方体将原开挖的隧道封死，，塌方体为无明显空洞的连续体。此种塌方可看作在松散土体内重新开挖隧道，考虑围岩无自承力，作用在支护上的松散压力很大，必须改变支护方法，加强临时支护力度。本隧道处理步骤为：a 、塌方体内沿开挖线上方30cm 左右打设超前小导管，倾角为10°～20°，间距为10cm ，小导管为φ48钢花管。b 、超前管棚施工完毕后对松散土体进行注浆,本工程采用注1 :1 水泥浆,注浆压力在0. 5～1.0MPa 之间。c 、对塌方体采用短台阶开挖,先开挖拱部,开挖40～50cm 后,立即架设I20钢拱架。并在每榀拱架起拱线附近打设锁脚锚杆,锁脚锚杆长2.5～3. 0m。钢拱间及与锁脚锚杆间均需焊接为整體。d、每开挖2～3m ,浇筑拱部临时混凝土,混凝土标号比二次衬砌混凝土标号低一等级,浇筑厚度为30cm。e 、拱部开挖完毕后,开挖墙部塌方体。墙部开挖后,架立拱架和浇筑临时支护混凝土。注意墙脚部位需加厚临时混凝土浇筑厚度,并设置径向锚杆,防止侧向失稳。
为安全起见，加强塌空区初期支护强度，加密拱架间距，增加初期支护喷射混凝土厚度，在底脚增加锁脚锚杆根数，在拱脚设置混凝土基础增加地基承载力等。当塌方处理完毕后，必须进行安全监测，并及时跟进二次衬砌。
3 塌方的预防
根据塌方原因，制定相应的施工措施和支护方法是预防塌方的有效途径，应以以“先治水、短开挖、弱爆破、强支护、早衬砌、勤检查、稳步前进”为指导原则。
土质隧道施工，应做好岩层构造节理的产状与分布状况的调查。对因构造节理切割而形成的不稳定部位，在施工时加强支护措施，防止坍塌，以策安全施工。
(1) 加强超前支护：土质隧道开挖后的自稳时间极短，往往来不及进行支护就失稳，所以在开挖前，必须进行超前支护，本工程一般采用管棚支护，对于拱顶为含水砂层时，需对砂层注浆，使砂层具有一定强度，增加其自承能力，防止砂层开挖后立即塌落。
(2) 减小对围岩的扰动：在土质隧道地质条件较差的情况下掘进中尽量采用机械开挖，当需要进行爆破时，必须采用小药量分次爆破。防止形成较大的松动区，使初期支护上的压力过大而失稳。
(3) 及时进行刚性强支护：在土体中开挖隧道，工作面前方部分的围岩在开挖前已发生变形，开挖后，必须采取刚性强支护，防止围岩发生有害的塑性变形。首先及时喷射混凝土防止松动块掉落，提高围岩自承力；其次架设工字钢拱架支护，底脚布设混凝土垫层，提供强力支护，使围岩塑性变形控制在安全范围内；最后再次挂网喷射混凝土，增加支护力。
(4) 优化施工方法：对于地质条件特别差的土体隧道掘进，采用分台阶预留核心土方法开挖，缩短开挖与支护时间，及早对围岩提供支护力。
(5) 及早进行二次衬砌：土质隧道围岩具有蠕变性质，为了节约初期支护费用，又能防止隧道失稳，应当及时进行二次衬砌。二次衬砌的时间应根据围岩变形观测结果确定，根据本工程经验，二次衬砌滞后开挖不宜超过一个月。
4结束语
随着西部大量的基础工程建设，在土体或软岩内掘进隧道越来越多，而隧道掘进过程中的塌方无论对工程经济效益、工期、安全等都会造成很大的影响。怎样预防塌方，防患于未然，减少工程不必要损失，是广大地下工程技术工作者需认真思考的问题。本文从工程实例出发，分析塌方原因和总结预防隧道塌方技术，为类似工程减少塌方提供参考。
参考文献
【1】陆士良,王悦汉. 软岩巷道支架壁后充填与围岩关系的研究[J ] . 岩石力学与工程学报,1992 ,2.
【2】汤康民. 岩土工程[M] . 武汉工业大学出版社,2001 ,6.