铁路隧道塌方段治理方法和原则
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摘要：本文结合工程实例探讨了塌方产生的原因及处治方法。
Abstract：In this paper, according to the construction examples, it will introduce the collapse cause and methods.
Key Words；railway, collapse, measure method, principle
中图分类号：TU94+3.4文献标识码：A 文章编号：
塌方是隧道施工中比较常见和典型的一种事故。一旦塌方发生，不仅延误工期、大幅度增加工程费用， 而且会危及施工人员的生命安全。如果处理不当，则会给工程质量遗留隐患， 给后期维修养护工作带来极大的困难。但由于塌方原因众多，形式多样，因此处理时必须全面分析， 根据工程具体情况提出综合治理方案。
一、隧道塌方研究现状及产生原因
（1 ）地质因素
隧道工程属地下工程，地质情况千变万化， 施工过程中受各种不可预见的地质现象及地质构造的影响巨大。铁路隧道工程受多变的地质条件影响， 如遇到地下水、 岩溶、 断层破碎带、 高地应力、 岩爆、 瓦斯、 偏压浅埋、 膨胀土等条件， 使施工难度大， 安全性差；而且铁路隧道开挖跨度大， 单洞三车道隧道开挖跨度可达 16m， 形状扁平， 且防水要求高， 加之受勘查水平及其他很多相关因素的制约， 这些无疑加大了铁路隧道的施工难度和塌方事故产生。
（2） 受力状况
隧道塌方从受力因素来说，包括洞口塌方的受力状况和隧道内洞身塌方的受力状况。洞口仰坡变形破坏主要是在变形过程中产生强烈的松动，并在边坡的坡顶附近产生一系列的拉张裂缝。由于边坡岩体一般较为破碎， 在隧道开挖产生变形破坏后，并不出现清晰的底滑面， 而是表现为破坏区岩体的强烈松动变形。 隧道内洞身塌方的受力， 从结构观点出发， 如把喷层与部分围岩组合在一起， 视作组合梁或承载拱，或把锚杆看作是固定在围岩中的悬吊杆等。 往往由于支护时机不当或支护强度不够， 满足不了围岩稳定的需要， 不能有效地控制围岩变形， 导致围岩失稳。
（3 ）设计因素
铁路隧道工程设计方法当前主要有工程类比法、理论计算法及现场监控法等， 这些方法又以工程类比法运用得最为广泛。 在设计过程中若对围岩判断不准或情况不明，从而设计的支护类型与实际要求不相适应， 也是导致施工中产生松驰坍塌等异常现象的原因， 而且设计中的地质勘查周密详尽与否也是造成施工塌方事故产生的诱发甚至主导因素。
（4 ）施工因素
施工中的不规范施工也是导致塌方的重要因素之一。目前， 中国铁路隧道施工队伍的技术、 管理及施工水平参差不齐， 加之一些建设环节的操作不规范，有的施工企业及人员对新奥法原理缺乏深入学习、 认识、 研究和应用， 导致不规范施工现象较为普遍。
（5 ）认识因素
不可否认的是， “不塌方、 不赚钱” 的观念目前还在一定范围内存在。有些施工单位及施工人员甚至期盼着塌方， 从而增加工程量或者设计变更以带来更大的施工利润。另一方面， “地质工作是设计人员的任务， 而不是施工人员的事” 这一传统观念致使减弱甚至忽略了施工过程中的地质勘测及预报工作，从而也加大了施工塌方事故产生的可能性。
二、预防隧道塌方的施工措施
（1） 隧道施工预防塌方， 选择安全合理的施工方法和措施至关重要。在掘进到地质不良围岩破碎地段， 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。必须制订出切实可行的施工方案及安全措施。
（2） 加强塌方的预测。为了保证施工作业安全， 及时发现塌方的可能性及征兆，并根据不同情况采用不同的施工方法及控制塌方的措施， 需要在施工阶段进行塌方预测。预测塌方常用的几种方法：
A.观察法
(a).在掘进工作面采用探孔对地质情况或水文情况进行探察， 同时对掘进工作面应进行地质素描，分析判断掘进前方有无可能发生塌方的超前预测。
(b).定期和不定期地观察洞内围岩的受力及变形状态； 检查支护结构是否发生了较大的变形； 观察是否岩层的层理、 节理裂隙变大，坑顶或坑壁松动掉块； 喷射混凝土是否发生脱落； 以及地表是否下沉等。
B.一般量测法
按时量测观测点的位移、 应力， 测得数据进行分析研究， 及时发现不正常的受力、 位移状态及有可能导致塌方的情况。
C.微地震学测量法和声学测量法
前者采用地震测量原理制成的灵敏的专用仪器；后者通过测量岩石的声波分析确定岩石的受力状态， 并预测塌方。
（3） 加强初期支护， 控制塌方： 当开挖出工作面后， 应及时有效地完成喷锚支护或喷锚网联合支护， 并应考虑采用早强喷射混凝土、 早强锚杆和钢支撑支护措施等。 这对防止局部塌塌， 提高隧道整体稳定性具有重要的作用。
三、隧道塌方的处理措施
（1） 隧道发生塌方， 应及时迅速处理。处理时必须详细观测塌方范围、 形状、 塌穴的地质构造， 查明塌方发生的原因和地下水活动情况， 经认真分析， 制定处理方案。
（2） 处理塌方应先加固未塌塌地段， 防止继续发展。并可按下列方法进行处理：
A.小塌方， 纵向延伸不长、 塌穴不高， 首先加固塌体两端洞身， 并抓紧喷射混凝土或采用锚喷联合支护封闭塌穴顶部和侧部，再进行清渣。 在确保安全的前提下， 也可在塌渣上架设临时支架， 稳定顶部，然后清渣。临时支架待灌筑衬砌混凝土达到要求强度后方可拆除。
B.大塌方， 塌穴高、 塌渣数量大， 塌渣体完全堵住洞身时， 宜采取先护后挖的方法。 在查清塌穴规模大小和穴顶位置后， 可采用管棚法和注浆固结法稳固围岩体和渣体， 待其基本稳定后， 按先上部后下部的顺序清除渣体， 采取短进尺、 弱爆破、 早封闭的原则挖塌体， 并尽快完成衬砌 。
C.塌方冒顶， 在清渣前应支护陷， 地层极差时， 在陷附近地面打设地表锚杆， 洞内可采用管棚支护和钢架支撑。
D.洞口塌方， 一般易塌至地表， 可采取暗洞明作的办法。
（3） 处理塌方的同时， 应加强防排水工作。塌方往往与地下水活动有关， 治塌应先治水。防止地表水渗入塌体或地下， 引截地下水防止渗入塌方地段， 以免塌方扩大。具体措施：
A.地表沉陷和裂缝， 用不透水土壤夯填紧密， 开挖截水沟， 防止地表水渗入塌体。
B.塌方通顶时， 应在陷地表四周挖沟排水， 并设雨棚遮盖穴顶。陷回填应高出地面并用粘土或圬工封口， 做好排水。
C.塌体内有地下水活动时， 应用管槽引至排水沟排出。 防止塌方扩大。
（4） 塌方地段的衬砌， 应视塌穴大小和地质情况予以加强。衬砌背后与塌穴洞孔周壁间必须紧密支撑。 当塌穴较小时， 可用浆砌片石或干砌片石将塌穴填满； 当塌穴较大时， 可先用浆砌片石回填一定厚度，其以上空间应采用钢支撑等顶住稳定围岩； 特大塌穴应作特殊处理。
（5） 采用新奥法施工的隧道或有条件的隧道， 塌方后要加设量测点， 增加量测频率， 根据量测信息及时研究对策。 浅埋隧道， 要进行地表下沉测量。
四、.铁路隧道塌方处理一般原则
（1） 安全第一原则
塌方发生后， 本着安全第一的原则， 掌子面施工应立即全面停止作业， 将人员和机械撤至安全地段， 并对塌方处进行观察， 待情况稳定后再作进一步打算， 不可盲目施工。
2 查明分析塌方原因后再处理原则
处理塌方前，应详细调查其范围、 形状、 塌穴地质构造， 查明其诱发原因和塌方类型， 再据此确定处理方案。
（3） “瞻前顾后” 先行原则
首先 “顾后” 即对后方未塌方段进行加固， 防止塌穴扩大； 再 “瞻前”即采取科学有效的方法和手段对前方地质情况进行探测，运用TSP203 地质探测仪、 HSP 声波反射法、地质雷达、 超前钻探等综合超前地质探测与预报手段， 提前推测前方地层岩性及异常情况，及时制定针对性措施， 以指导塌方处理及下一步施工。在 “瞻前顾后” 以后，方可进行塌方部位的处理。
五、结束语
随着我国交通建设事业的蓬勃发展，铁路日趋增多， 隧道所占比重越来越大， 而隧道施工至关重要的工序就是隧道开挖， 隧道开挖主要安全、 质量隐患就是塌方， 由于塌方往往会给施工带来很大困难和很大经济损失。因此， 需要尽量注意排除会导致塌方的各种因素， 尽可能避免塌方的发生。总的来看，塌方不可避免的发生后， 应采取正确的处理方法， 减少经济损失， 保证施工安全、 质量。地下工程面临地质情况不断变化，各种突况多的现状， 隧道施工尤其如此。塌方是隧道施工过程中出现的严重灾害，因此在施工过程中，应极力避免和防止。 本文通过分析隧道塌方的机理， 提出了其预防措施及处治技术， 希望能对隧道施工有所帮助。
参考文献：
[1]王培义.隧道塌方原因分析及预防[J].山西建筑,2007,(20)
[2]王艳明.浅谈塌方处隧道施工技术[J].科技风,2009,(17)