摘 要：随着我国高速公路、铁路等基础工程建设的飞速发展，隧道塌方的情况非常普遍，对整体工程建设进展的顺利进行造成了较大的影响，而对隧道塌方进行正确的处理是保证工程进度和安全质量的前提。因此，本文对隧道塌方的相关的处置方案进行了分析和介绍，并通过相关的工程实例对隧道塌方段的处置与结构计算进行了具体的分析，从而说明了对于隧道塌方段的处置必须根据实际情况运用合理的处置措施，结合准确的结构承力的计算，才能实现良好的处置效果。
关键词：隧道塌方；处置；结构计算 塌方现象普遍存在于隧道工程建设的整个过程中，而造成塌方相关因素也各式多样。从人为主观上来说，是隧道工程的设计相关的工作实施的不够细致全面，其相关施工技术及方法等方面的运用上存在不够科学合理的现象；从自然客观上来看，主要是表现为工程施工场地的地质、地形地貌和地下水三个方面，这些方面都是不断变化的影响因素。因此，在相关的实践中，需要因地制宜、时刻准备着对隧道塌方现象的预防和应对。 1.隧道塌方处置的相关方案 对隧道塌方进行处置时，需要遵守“先加固、防扩展、后处理”的原则，从而要求实施塌方处理时实行“宁早勿迟、宁强勿弱”的相关措施。 通过实践经验得知，隧道发生塌方后，一段时间内发生塌方的现场还会趋向于相对的稳定，并可形成自然拱。其中，新形成的自然拱的高度和宽度，与通过普氏平衡拱理论计算出的结果基本一致，并且经过实践可以证明，以普氏平衡拱理论与新奥法原理为依据，对塌方的相关处理是行之有效的。 另外，对一般的规模小的塌方进行处置时，直接对塌体进行相应的处理即可；而对于塌体的破碎较松散、大范围影响的塌方，则需要分步进行处置，包括初期处理和塌体处理两大部分。 1）初期处理。 进行初期处理，其目的是为了阻断塌体破碎的进一步发展。在此处置阶段中，基于阻断塌体破碎进一步发展的目的，通常分步采取相应措施对其加以应对。 首先，需要封闭破碎的塌体，并对其后方的结构进行相应的加固措施； 然后，视情况而定，如果隧道塌方已经塌至地表，在塌方的漏斗地表处采取截水的相关措施，甚至在必要时还需要搭建遮雨棚避免地表水灌入塌体，待洞内相关的处理工作完毕后，还需要用土石进行夯填，其略石夯填的高度应该高出原地面，而待填土下沉稳定后继续用M7.5的浆砌片石进行铺砌； 最后，为了进一步巩固塌体后方，在塌体后方的5~10m内进行二次模筑衬的砌中，并且还需要及时的施工仰拱，从而促使完整的支护体系的形成，以实现阻止塌体围岩变形坍塌现象的发展。 2）塌体处理。 进行塌体处理，通常是在初期处理后或隧道塌方后塌体暂时处于稳定状态时进行。在此处置阶段，可通过常用的方法如三台阶开挖法、二次衬砌加强法及回填法等方法的采用来进行塌体处理。 另外，在塌体处理过程中还需要加强相关的监控、量测工作，在指导施工中实现相关量测信息动态的充分运用。 2.隧道塌方实例的具体分析与相关结构计算 2.1隧道工程的概况 某隧道左、右线的全长分别为3675m和3580m，其相关合同段施工管段的左、右线隧道长为1845m和1840m。隧道左右线的净距约为35m，其穿越区从地貌上来看，属于低中山地貌，不仅山势较陡峻，山脊呈现出长梁状，而且穿越区地表的植被茂盛，并伴有冲沟发育，且切割程度较深。 隧址区地层以岩段石英片岩结构为主要标志，在隧址区的地下水非常丰富，具有高程度变化多出露点的特点，其地下水流量在10~30m3/d之间，其埋深在2.5~41.9m之间，主要来源于大气降水的补给，但是由于风化裂隙中多被岩屑和泥质等物质充填，因此基岩的富水性较差且渗透不畅。 2.2隧道塌方的状况 由于实际的地质情况与勘探资料信息存在差异，在施工初期支护时隧道突然发生塌方事故。当时隧道塌方的高度约3m、宽度在10m左右，其顶部基本呈水平形态,塌方的体积初步估计约为200m3左右。 而由于塌方地的不稳定，在进行检测时继续发生塌方现象。待稳定后，塌方段已向后延至LK155+810，其最大高度约达18m，塌体已达拱顶，塌方的体积已约达2000m3。 2.3隧道塌方处置措施的设计及其结构计算 为了使得隧道施工工程快速、安全的通行，通过对相关处置方案进行有效的比较研究，最终决定采用工字钢承重和浇筑混凝土填充隧道塌方空洞的方法对其进行修复处理。 但是，由于隧道塌方所出现的断面较大，所用的混凝土的数量也很大，其体积和重量将对工字钢所产生的静力载荷也会随之增大，因此，最佳的处置方案决定分为三次进行浇筑: 1）在第1次浇筑中，只需浇筑较少量的混凝土，经过相关的试算得知，混凝土浇筑至拱顶90cm即可，由工字钢承担混凝土全部的重量，并且需要将工字钢弯成拱型，以1m为间隔在塌方拱顶的上方沿着隧道方向进行相应的布置，其相应的结构承受力详细计算情况如下： 取隧道的半圆截面，其内半径为6m，因此可以提供6.6m×5.0m的面积区域为车辆留出通行空间。 沿着隧道的纵向取长度为1m进行相关的计算，为了使得混凝土的结构受力由于混凝土层厚度的变化而为两边大中间小的状态，其荷载呈现出曲线的变化，因此，将混凝土层跨的厚度设计为0.90m、边缘混凝土的厚度设计为7.22m。 而为了相关计算简化，取其角度为60°和120°处为分界点，并假设混凝土的荷载值沿着圆形的曲线呈直线变化的，其具体的计算图式如图1所示。 图1 经过相关的计算，得到的混凝土载荷集度q0、q2、q3分别为20.286kN/m、39.37kN/m、162.74kN/m。 对于等截面的圆弧拱，在对拱矢较大、截面高较小的情况下，可以对轴向力带来的位移忽略，就可以获得水平推力的公式为。而此时由于此拱形机构受到的左右外力是对称的，因此，其两边支座的反力也是相等的，而方向则为竖直向上。 根据计算图图1所示，体系中各个弯矩的计算情况如下所示： 当0°<<60°时，；60°<<90°时，其中作为变量，可进一步推算出其水平推力。 从而通过其公式，其中，值和值分别和，可将作为危险点的90°和60°的截面最大承受力计算出来，其结果分别为和都小于的理论值。因此，可以达到支护保护的目的。 2）在第2次浇筑中，则由工字钢和已固结混凝土共同承担混凝土的重量，并且经过相关的试算，可浇筑10m的高度，其计算图如图2所示，其中q0=q1=q2=q。 图2 由于混凝土自重G为2849kN，q为225.4kN/m，并计入第1步的自重，而从第1步的计算得知跨中截面是危险截面，而=60°处的截面的弯矩及其轴力都比较小，因此可以将其计算忽略。 由于和跨轴力作用于由工字钢和混凝土共同组成的截面上，因此可以根据偏心受压的钢筋混凝土的结构来进行相关的计算，由其所得的可以加以确定此结构为大偏心结构，并通过公式 可计算出的值为0.349小于其相应的标准值，从而可证明出此结构为大偏心结构。 最终，可计算出>0；，因此也可以达到支护保护的目的。 3）在第3次浇筑中，则只要使用混凝土将塌方所剩余的空间全部填满即可。 3.小结 由于隧道工程会在不同的岩层中开展，隧道塌方的发生是无法避免的，而各岩层地质结构及其相应的施工技术都是造成隧道塌方的关键因素，因此在对其进行处置时，必须结合实际现状加以分析设计，同时还需要进行相关的理论计算，已全面保证隧道工程建设的安全质量。 参考文献： [1]李永安.隧道塌方段处置与结构计算[J].中小企业管理与科技(上旬刊).2012,(01). [2]任文胜.隧道塌方原因分析及处理方案研究[A].山西建筑.2008(3):34(9). [3]李跃林.隧道塌方段处置及其结构计算[A].国防交通工程与技术.2007,(3).
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