黄土隧道地质灾害预报及防塌应急处理

黄土隧道地质灾害预报及防塌应急处理
黄土作为作为一种特殊类型的软弱围岩，由于其构造特殊、强度低、承载力差及其湿陷性，一直被作为一种特殊工程地质和不良工程地质。

黄土隧道塌方无先兆，发展速度快，加强隧道塌方的超前预测预报，对于预防和防止塌方起到了举足轻重的作用，做好黄土隧道地质灾害预报和防塌应急处理对黄土隧道施工的防灾、减灾具有十分重要的意义。

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1 引言
黄土的水文地质和工程地质特性决定了黄土隧道的主要地质灾害就是塌方。

黄土隧道塌方无先兆，发展速度快，加强隧道塌方的超前预测预报，对于预防和防止塌方起到了举足轻重的作用。

黄土隧道塌方不仅与围岩的地质条件及设计有关外，还与施工方法、施工工艺、施工管理水平有关。

也就是要求施工单位重视施工地质超前预测预报，掌握围岩的水文地质和工程地质条件，预测前方的围岩类别，验证设计并及时进行设计变更、改变施工方法和支护参数，制定科学、合理、严密的应急预案，提高塌方等地质灾害的防范意识。

2 塌方的预测
2.1 利用地面调查预测预报塌方。

黄土隧道塌方预报的重点是对黄土地区的地形、地貌的调查和研究。

开工前，首先对设计平面及地质剖面进行会审和现场核对。

在山体地表地形变化复杂地段，实地放出隧道中线，查明两侧50m以内的冲沟、陷穴的分布情况及其规模，并做横断面检查隧道的空间位置，判断是否有偏压、陡峻山体的斜坡作用等。

利用地面调查检查是否有浅埋、滑坡、溜坍、湿地及其对施工的影响。

2.2 从隧道开挖揭示围岩的水文地质和工程地条件预测预报塌方。

2.2.1 黄土的含水量是黄土隧道围岩分类的重要指标，含水量的变化严重影响土的工程力学特性，控制围岩的自稳能力。

充分了解地下水的分布、发育情况及土的含水量是预测和防止黄土隧道塌方的重要一环。

2.2.2 新黄土具有湿陷性，结构疏松，地下水的软化作用极为明显，土的含水量直接控制着围岩类别。

根据开挖，可了解不良结构面（如岩层接触面、节理面）的稳定程度、节理发育程度、与下伏地层的接触情况，特别着重了解不良结构面的产状、下伏地层的控水性、接触面上下土的含水量的变化。

当不良结构面的倾角较大，可产生局部偏压作用，施工中应引起重视。

当地下水较发育，下伏地层为基岩或红粘土又具有相对控水作用时，接触带3～5m 的土层往往被泥化，必须考虑采取预加固措施，为重点预防塌方地段。

2.2.3 老黄土的结构性能较新黄土强，其稳定性主要受岩层中的节理裂隙发育程度、不良结构面的产状、与上部或下伏岩层接触面的产状、富水带的特性控制。

当上部为新黄土时，如果拱部以上不能满足普氏崩坏拱的形成条件或无多大富余时，支护结构应加强，含水量较大时，应降低围岩类别，为重点预防塌方地段。

如果老黄土与下伏地层的接触面在开挖轮廓线内，下部是红粘土或基岩等控水性较强的岩层时，支护结构应加强。

当不良结构面的倾角较大时，必须采取预加固措施，地下水较大时为重点预防塌方地段。

2.2.4 红粘土塌方预报的重点是观察不良地质结构面，如岩层接触面、节理裂隙产状、地下水情况。

红粘土的强度较高，整体结构性较好，施工中往往容易掉以轻心，疏于防范。

隧道开挖后根据量测情况及时施做初期支护和二次衬砌，防止围岩变形时间过长，形成松动圈并逐步扩大，或不良地质结构面形成的不稳定砌割体产生偏压。

上边已经说明了老黄土与红粘土接触时预防塌方的措施。

2.3 利用综合工程地质手段判定隧道偏压。

以往我们判断隧道偏压，往往根据地形判断。

但对于黄土隧道特殊地质的这种判断方法具有极大的局限性。

所谓偏压隧道，就是指由于种种原因引起支护结构两侧所受侧压力呈明显的不均匀性，从而引起隧道偏压。

原因有以下几个方面：
2.3.1施工原因。

因施工方法不当引起开挖断面局部坍塌，或局部坍塌回填不密实，从而改变了围岩应力状态，造成应力集中而引起隧道偏压。

2.3.2地质原因。

围岩产状倾斜或较大节理裂隙，在地下水的作用下，形成倾斜软弱结构面或滑动面，如新黄土与老黄土、老黄土与红粘土、红粘土与下伏岩层的接触面，倾角较大时，即可形成偏压。

2.3.3地形原因。

隧道傍山，地面显著倾斜，侧压力较大，且伴有浅埋现象，往往形成偏压。

第三种偏压容易发现，在设计中也往往已给予考虑。

但第一、二种偏压，与施工关系密切，隐蔽性较强，初期支护施工后易发生坍塌现象，二次衬砌施工完毕后容易出现衬砌水平开裂现象。

3 塌方的预防措施
3.1 加强地质超前预测预报。

施工中主要采用导坑超前开挖、掌子面编录预测等方法辅以TSP203、红外探测仪、钻设超前探孔等手段对拟开挖岩体进行提前地质预测预报，分析和确定拟开挖岩体的物理化学特征、含水量以及不良地质情况，针对地质特性制定合理的施工方案。

3.2 选择合适的开挖、支护方案。

根据地质预测结果，根据不同岩体性质以及围岩级别制定相应的开挖方案以及初期支护方案及支护参数，必要时先施作超前支护体系，对拟开挖岩体进行注浆加固，提高岩体的稳定性能。

3.3 缩短循环进尺、加强初期支护。

如遇地质情况不良，尽可能的缩短循环进尺，并在开挖后及时进行全断面初期支护，尽快将岩面封闭成环，并采用型钢钢架加强支护，确保开挖后的岩体稳定。

3.4 及时施作仰拱，二次衬砌紧跟。

在各工序充分开展、不相互干扰的情况下，及时进行仰拱衬砌，并在围岩变形达到稳定后，立即进行二次衬砌的施工。

3.5 加强围岩监控量测，及时调整施工方案。

围岩监控量测是隧道施工中的一个重要环节，对于黄土隧道，更应加强围岩的监控量测，通过对围岩变形以及初期支护应力的监测、分析，确定围岩的变形速率和变形位移情况，及时准确地判定围岩的稳定情况，尤其对于软弱围岩、不良地质地段，要缩短量测间距和量测频率，慎重判别围岩的稳定情况，一旦发现变形过快，有围岩失稳或者的塌方的趋势，及时调整施工方案和采取措施进行处理。

总之，对于黄土隧道，必须严格贯彻“管超前，严注浆，短开挖，禁爆破，快支护，早成环，勤量测，紧衬砌”的施工原则，确保不出现塌方或者将塌方处理在萌芽状态。

4 塌方的应急处理措施
施工中一旦发生塌方，应及时采取措施进行处理，以防止塌方的扩大和蔓延。

4.1 及时撤出人员及设备，确保施工设备及人员的安全，派出现场安全监察哨。

4.2 组成以施工项目总工程师为组长、以地质工程师、安全工程师、施工队长、施工技术员为组员的抢塌方领导小组，全面分析产生塌方的原因，所影响的范围，制定处理塌方的方案，并及时向监理和业主呈报审批。

4.3 根据已制定的方案进行塌方处理，首先是加固未塌方地段，防止塌方地段的延伸。

如为小量岩体沿节理面下滑形成的塌方，围岩整体较稳定，则及时清理塌方，对塌方处埋设WTD中空预应力锚杆、挂网、喷射砼进行支护；如为大
塌方，已形成坑道堵塞，则应先对塌体进行注浆固结，然后用大导管或大管棚进行超前支护，通过时增加WTD25预应力锚杆及钢支撑、网喷砼、施作套拱，并及早进行该段的衬砌，衬砌时预留砼泵送口及注浆口，以便对塌穴用同级砼回填，确保工程安全。

5 结论
黄土作为作为一种特殊类型的软弱围岩，由于其构造特殊、强度低、承载力差及其湿陷性，一直被作为一种特殊工程地质和不良工程地质。

在黄土隧道的施工中地质灾害和塌方等时常发生，又往往伴随着重大的人身伤亡事故和财产损失，因此做好黄土隧道地质灾害预报和防塌方应急处理对黄土隧道施工的防灾、减灾具有十分重要的意义。