矿山法隧道施工围岩坍塌防控

矿山法隧道施工围岩坍塌防控

刘英炎

北京理工大学珠海学院 广东省珠海市 519085

摘要：

通过围岩坍塌原因、预测方法和防治措施、案例分析，围绕矿山法隧道施工中围岩坍塌问题展开研究，探讨了围岩坍塌问题的危害性和防控措施。

关键词：矿山法 隧道 围岩 坍塌 防治

2021年7月15日，某采用矿山法施工的水库下穿隧道工程发生拱顶上方围岩坍塌，水库水体夹带砂土涌入左右两个隧道，导致14人死亡的重大事故。该事故路段拱顶地层以强风化花岗岩为主，地层节理裂隙极发育、破碎、富水、遇水易软化崩解。初期支护实施前，土体经过地下水长时间渗流，土中黏粒流失，粘聚力下降，土体软化。矿山法爆破施工加剧了隧道拱顶上方土体松动，导致水土荷载超过超前支护承载力，引发事故。随着矿山法隧道施工技术的不断发展，其在交通运输、水利工程等领域中的应用越来越广泛。然而，在隧道施工过程中，围岩坍塌是一个严重的安全隐患，不仅会对施工进度和质量造成影响，更会对工程安全和人员生命财产造成巨大危害。因此，围岩坍塌问题的研究具有重要的理论意义和实践价值。本文从围岩坍塌的原因、预测方法和防治措施等方面进行研究，并通过案例分析，探讨如何更好地预防和治理隧道施工中的围岩坍塌问题，为相关领域的工程安全提供技术支撑。

1.引言

1.1研究背景：

矿山法隧道施工是一种常用的隧道施工方法，随着隧道长度和深度的增加，围岩坍塌的风险随之增大。围岩坍塌是一种常见的灾害，可能会给施工进度和质量带来不良影响，更有可能造成人员伤亡和财产损失。因此，对矿山法隧道施工中的围岩坍塌进行研究和探索，具有重要的理论和实践意义。

1.2研究目的：

本研究旨在探讨围岩坍塌的原因、预测方法和防治措施，以提高矿山法隧道施工的安全性和可靠性。具体目的包括：分析围岩坍塌的原因和机理，寻求既准确可靠又经济高效的预测方法，设计合理的支护体系和加固措施，为保障施工安全提供可靠保障。通过对围岩坍塌问题的研究，旨在为矿山法隧道施工提供科学合理的安全管理和技术保障。

2.矿山法隧道施工围岩坍塌原因

2.1 隧道施工带来的地应力改变：隧道施工会破坏原有的地质平衡，改变地应力场分布，导致围岩应力状态的变化，从而影响围岩的稳定性。特别是在高应力条件下，隧道施工带来的地应力改变对围岩稳定性的影响更为显著。因此，为准确预测和控制围岩坍塌，必须对隧道施工对地应力场分布的影响进行研究和分析。

2.2 岩体本身的力学性质：不同岩体的力学性质不同，对隧道施工的影响也有所不同。岩体裂隙、岩体结构、岩体强度、岩体变形等因素都会对围岩的稳定性产生影响。例如，岩体裂隙会导致围岩的破碎和失稳，岩体结构则会影响围岩的受力性质。因此，了解岩体的力学性质是预测和控制围岩坍塌的重要前提。

2.3 工程爆破带来的影响：工程爆破是一种常用的施工方法，但同时也会带来一定的安全风险。爆破震荡会导致围岩的破碎和变形，从而影响围岩的稳定性。此外，爆破还可能产生飞石、飞沙等飞射物，对施工人员和设备造成威胁。因此，在工程爆破作业中，必须严格控制爆破参数，减少对围岩的影响。

2.4 其他因素：除上述因素外，地质构造、水文地质条件等因素也可能对围岩坍塌产生影响。地质构造的复杂性可能导致围岩的应力状态不稳定，水文地质条件的变化则会影响围岩的饱和度和稳定性。因此，在研究围岩坍塌原因时，必须综合考虑不同因素的影响，全面掌握围岩坍塌的机理。

3.矿山法隧道施工围岩坍塌预测

3.1 预测方法：目前常用的围岩坍塌预测方法主要包括数值模拟方法、经验公式法和监测法。数值模拟方法是利用计算机对隧道周围围岩进行数值模拟，通过模拟结果预测围岩坍塌情况，具有高精度、高可靠性等优点。经验公式法则是基于实测数据和经验公式进行预测，简便易行，但精度相对较低。监测法是通过设置监测点对围岩变形、应力等进行实时监测，可提供实时数据和预警，但监测成本较高。不同预测方法适用范围不同，需要根据具体情况选择合适的方法。

3.2 预测结果分析：各种预测方法都有其优缺点，预测结果的可靠性和准确性也因方法而异。数值模拟方法具有较高的精度和可靠性，但需要大量的计算和数据输入，以及对模型参数的准确把握。经验公式法虽然简单易行，但其适用范围有限，精度相对较低。监测法可以提供实时数据和预警，但监测成本较高，而且监测结果也受到监测点布置和监测设备精度等因素的影响。因此，在选择预测方法时，需要综合考虑不同方法的优缺点和适用范围，并进行科学合理的结果分析。

4.矿山法隧道施工围岩坍塌防治措施

4.1 前期防治措施：在隧道施工前期，应根据围岩坍塌的预测结果和工程实际情况，采取一系列的前期防治措施。其中，安全预测与监测体系建设是预防围岩坍塌的关键。通过设置监测点和实施监测，及时掌握围岩变形和应力变化情况，实现预测和预警。此外，也需要合理地确定开挖进度和爆破参数，避免对围岩造成过大影响。同时，合理的支护体系设计也是前期防治措施的重要内容，必须根据围岩的稳定性、施工进度等因素综合考虑，设计出最佳的支护方案。

4.2 中期防治措施：在隧道施工中期，应根据实际情况和监测数据，适时采取中期防治措施，如加强监测与预警、调整开挖进度和支护措施、加固措施等。其中，加强监测与预警可以帮助及时掌握围岩的变形和应力变化情况，及时预警围岩坍塌。同时，针对围岩坍塌情况和施工进度的变化，需要及时调整开挖进度和支护措施，以保证施工的安全性和连续性。如果预测结果表明围岩稳定性存在较大风险，则需要加固措施，以提高围岩的稳定性。

4.3 后期防治措施：在隧道施工后期，应加强工程加固和安全监测与预警。通过实施加固措施，如加固钢筋网、注浆、喷射混凝土等，提高围岩的强度和稳定性，保证隧道的安全使用。同时，也需要继续进行监测和预警，及时发现围岩坍塌的风险，采取相应的应对措施。最终目的是保证矿山法隧道施工的安全、高效和可持续。

5.案例分析

5.1 案例背景介绍：本研究选取某矿山法隧道施工为案例，该隧道位于山区，地质条件复杂，主要由花岗岩和片麻岩组成。该隧道采用常规的掏槽法进行开挖，支护采用锚杆、钢拱架和喷射混凝土等方式。由于地质条件的不确定性，该隧道施工过程中出现了围岩坍塌的问题。

5.2 隧道施工过程中出现的围岩坍塌问题：在施工过程中，围岩坍塌发生了多次。其中，最严重的一次是在隧道内侧壁发生，坍塌范围较大，约10余米，严重影响了施工的进度和安全。坍塌形态为塌陷坑，造成了围岩的破碎和变形，严重威胁到了工人的生命安全和隧道的稳定性。

5.3 采取的防治措施及效果分析：针对该案例，采取了一系列的前期、中期和后期防治措施。前期防治措施主要包括加强对围岩的预测和监测、优化开挖进度和支护措施等。中期防治措施则是针对围岩坍塌的实际情况，调整了支护方案，加强了围岩监测等。后期防治措施主要包括工程加固和安全监测等。最终，经过这些措施的采取，围岩坍塌问题得到有效控制，隧道工程施工完成，实现了预期的目标。

经验教训总结：针对不同的地质条件和施工环境，需要采取合适的防治措施，实施科学合理的预测和监测，及时发现和解决围岩坍塌问题，确保施工的安全、高效和可持续。

6.结论与展望

6.1 研究结论：本研究通过对矿山法隧道施工围岩坍塌问题的分析和研究，得出了一系列结论和成果。首先，隧道施工带来的地应力改变、岩体本身的力学性质、工程爆破等因素都会对围岩稳定性产生影响。其次，数值模拟方法、经验公式法和监测法是常用的预测方法，但各有优缺点，需要根据实际情况选取合适的方法。最后，前期、中期和后期防治措施的结合是保证隧道施工安全和顺利进行的重要保障。

6.2 不足与展望：本研究存在的不足之处主要包括预测方法的精度有待提高、防治措施可行性有限等问题。因此，未来的研究可以继续深入探讨围岩坍塌的机理和规律，发展更加精准可靠的预测方法和有效的防治措施。同时，可以结合新技术和新材料，进一步提高隧道施工的安全性、高效性和环保性。

参考文献

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