塌方与偏压

 1 塌方

1.1  塌方的定义与特征

塌方是指在地质不良区段修筑隧道时，经常会遇到洞玖围岩塌陷、侧壁滑动等现象，甚至会发生冒顶等严重情况，这些现象在施工中称为塌方。

隧道塌方一般都伴随有地下水参与和岩体破碎等特征。

1.2  塌方的类型

隧道在施工中塌方的表现形式是丰富多样的，如溶洞塌方、煤矿采空区或老窖塌方、危岩体垮落、断层破碎带塌落等。由于对隧道塌方分类的标准不同，所以产生不同的塌方类型。目前，根据塌方发生的位置将塌方分为以下几种：

（1）拱顶塌方。拱顶塌方就是发生在隧道拱部的塌方，一般发生在隧道刚开挖，还未来得及做初衬或者刚做好初衬，由于上部围岩比较松散，开挖后因临空面的出现，初衬的承载力还比较小，上部松散岩体失去支撑，从而发生大范围的突然垮塌。

（2）侧壁塌方。侧壁塌方一般发生于隧道的拱腰处。侧壁塌方的发生有两种情况：一种情况是围岩相对完整，但是垂直节理发育。此时，隧道围岩在各种，望季的聋堕竺璺下，出现了塑性区，围岩压力增大．围岩内部讲行剧列的府力重分布，促使围岩内节理裂隙的发展，垂直节理Zui终竖向贯通形成塌方柱体或形成塌方楔形体。另一种情况是隧道围岩极其破碎，呈碎石块体，开挖后如果未能及时支护，往往会发生大范围岩石破碎体向硐室内坍塌。

（3）掌子面塌方。掌子面塌方是由于隧道前方岩体较差，掌子面失稳引起的。一般情况下应采用预留核心土的施工方法来预防这类塌方事故。

1.3 隧道塌方的原因

造成塌方的原因是多种多样的，有的是地质上的突发因素，有的是人为因素，有的是经验不足。主要原因如下：

（1）地质因素。虽然造成的塌方的原因很多，但归根结底，地质因素是决定性的，因此，加强施工地质工作是避免和防止塌方事故的根本手段。

（2）设计因素。洞口的位置选择不恰当，如位于较大的滑动体或断层之中，从而引发洞口塌方；设计的支护参数偏小，无法保证围岩从开挖后到二次衬砌施作这段时间内的稳定；针对特殊不良地质地段，设计上给出的处理措施不当。

（3）施工技术因素。施工方法不适应地质条件或地质条件的变化，而又未采用相应的措施，如隧道围岩分类，开挖后与设计不符的情况是常有的，应根据实际围岩变化而改变施工方法和支护参数；在软弱围岩的施工中，没有及时施作仰拱，未形成封闭的环状受力；隧道的爆破设计有问题，对围岩的扰动过大；用新奥法施工时，没有按时、按量的开展测量工作，或者是虽然开展了工作，但未及时进行信息反馈，从而造成决策失误。

（4）管理因素。在隧道的施工过程中，未能严格按照设计文件、施工组织《公路隧道施工技术规范》等相关要求及规定进行施工，达不到“均衡生产、有序施工”的要求；由于不合理的工期、造价等宏观决策，引起施工过程中强行追求进度，造成支护强度达不到应有的要求，从而引其塌方。

2 偏压

2.1  偏压的定义与特征

由于各种原因使对称的隧道结构左右两侧因所受荷载不同而使结构左右受力不对称的现象称为偏压现象，出现偏压现象的隧道就称为偏压隧道。隧道偏压多发生于浅埋段和洞口段。

2.2 偏压隧道成因

造成隧道偏压的原因主要有三个：地形、地质和施工。

（1）地形原因。当隧道傍山，地面倾斜显著，侧压力较大，并且隧道埋深较浅时，就会形成偏压。地形偏压是地层在重力场作用下产生的偏压，隧道地形偏压一般包括稳定地形偏压（斜坡没有运动趋势或蠕变）和蠕变地形偏压两种。

（2）地质原因。因岩层产状倾斜、节理发育，其间又有软弱结构面或滑动面，自稳能力极若，施工中一旦受到扰动，岩体就会沿层理面出现滑动。地质原因造成的偏压主要有单斜构造偏压、褶皱构造偏压、断裂构造偏压、岩性不均偏压四种。

（3）施工原因。因施工方法不当引起开挖断面局部坍塌，从而改变了围岩压力的相对稳定性，造成应力集中或者是因为施工方没有对衬砌背后的空洞进行回填，围岩风化脱落对衬砌结构局部造成一定的冲击荷载，进而引起隧道偏压。如果处理得当，一般不会影响正常施工。

2.3  隧道偏压的影响因素

由于作用在隧道支护结构上的不对称荷载引起了隧道的偏压，因而影响隧道围岩压力的因素也是影响隧道偏压的因素。影响隧道偏压的因素分为内因和外因两大类，内因包括地形和地质，外因是指施工。内因无法改变，只能通过施工方法和辅助措施减弱其对隧道的偏压影响，外因在施工和设计时通过改变施工方案和设计方案可完全克服隧道偏压问题。

(1)地形因素。对于浅埋隧道，隧道结构承受的围岩压力为松动土压。山体横坡越大，软质岩、岩堆、构造线附近的变质岩类地段山体易出现滑坡或滑动趋势增大，、当滑面在隧道断面内或隧道下方时，靠山侧隧道结构会受很大的弯剪应力，外侧拱腰及拱顶将承受很大的压应力。隧道有向外向上抬起趋势，甚至整体旋转而破坏。

(2)围岩结构的完整性。围岩结构的完整程度受围岩节理和裂隙发育程度来确定：节理裂隙越发育，受节理裂隙的切割分裂，围岩岩块越小，其摩擦角越小。而对于浅埋偏压隧道，围岩摩擦角越小，其竖向荷载受地面横坡影响越大，偏压程度越严重；另一方面，围岩结构的完整性差，围岩抗剪强度低，洞壁岩体不能承受由于隧道开挖而产生的较大的应力，松动圈较大，由于节理裂隙影响，松动圈不均匀性大，围岩对支护结构产生的偏压越大。

(3)岩石单体强度。当围岩完整性较好时，在相同地表横坡的情况下，围岩强度越高，隧道开挖后，围岩强度能承受洞壁因开挖产生的高应力，洞壁围岩发生弹性变形，围岩松动圈小，隧道结构受偏压影响就较小。当围岩强度较低时，隧道开挖后，由于岩体不能承受因开挖产生的高应力，洞壁围岩发生较大的塑性变形、松动甚至掉块坍塌，围岩强度越低，松动圈越大，受节理和裂隙的倾向、结构面组合影响，

围岩对结构产生的压力不均匀，偏压现象就越严重。

(4)人为因素。隧道在设计和施工过程中，由于选用的施工方法、隧道设计断面形状、跨度等的不同，在相同的地质、地表横坡情况下，对隧道结构偏压的影响是大不相同。隧道在掘进开挖过程啦出丑曇部掉块，因施工原因造成初期支护后形成空洞，致使围岩对支护产生的变形压力不均匀、不对称，进而严生偏压现象。