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中鐵十六局集團第一工程有限公司

淺析河卡山隧道塌方原因及處理措施

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河卡山隧道地處青海省南部，海拔3800m，是共和至玉樹公路的第一條隧道，該標段是青海省玉樹州地震后提前啟動的項目，因此也成為了玉樹災(zāi)后重建的綠色通道。河卡山隧道施工到K232+689里程樁號時，突然發(fā)生坍塌，第二天緊接著向已經(jīng)施工完畢的方向坍塌約13m，總共坍塌21m，因此該大塌方的處理顯得尤為重要。

河卡山隧道；塌方；分析；處理

1 工程概況

河卡山隧道起訖點樁號為K232+090～K234+360，全長2270m。隧道位于昆侖山東段的河卡山，所處區(qū)域構(gòu)造位置屬我國三大巨型緯向構(gòu)造體系之一的秦嶺-昆侖緯向構(gòu)造帶的西段。構(gòu)造位置屬復雜地段，地層總體呈一走向近東西的單斜構(gòu)造，地層向北傾，呈波狀起伏，傾角20～60°。西側(cè)有一區(qū)域性大斷裂，斷裂走向南北，性質(zhì)不明。隧址區(qū)位于河卡山，屬中高山剝蝕地貌，海拔高度在3700～3960m之間，區(qū)間地形起伏較大,山勢陡峭,溝谷發(fā)育,總體呈中間高兩側(cè)低的趨勢。圍巖類別主要為Ⅲ級共計830m、Ⅳ級共計850m、Ⅴ級圍巖共計545m、明洞2座共計45m。其中K232+720～K232+840段為斷層破碎帶。

2 塌方過程

2012年7月30 日凌晨一點，在K232+687～K232+689立架支護施工過程中，掌子面右前方發(fā)生坍塌。該段原設(shè)計為Ⅲ級圍巖，現(xiàn)場圍巖節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎，呈紅褐色，強風化，多張口，鑲嵌碎裂結(jié)構(gòu)。坍腔高約6m，長度約13m(K232+685～K232+698),砸毀已支護2m格柵。并于次日11點30分，在加固過程中，毫無征兆的情況下向反方向發(fā)生二次坍塌K232+685～K232+664，其中包括已加固8榀鋼架。坍腔高度為拱頂上約8m,坍塌方量達2000m3，坍體為泥質(zhì)頁巖，多為塊石，強風化，滑動面夾有泥質(zhì)夾層。此次發(fā)生的塌方走向分別為掌子面施工里程的正反方向，共計21m。

3 啟動坍塌應(yīng)急預(yù)案

河卡山隧道發(fā)生塌方后立即啟動了應(yīng)急預(yù)案，具體措施為：

3.1 2012 年7月30日凌晨一點河卡山隧道進口掌子面發(fā)生坍塌，及時向應(yīng)急小組詳細匯報情況；

3.2 立即停止施工作業(yè)，人員及機械盡快撤離至安全區(qū)域；3.3當班作業(yè)班組為初期支護班；

3.4 現(xiàn)場無人員傷亡情況發(fā)生，部分臺車及小型機具被埋；

3.5 當時噴錨班組正在施工，坍塌發(fā)生前無任何明顯征兆；

3.6 保護施工現(xiàn)場；

當班工班長發(fā)現(xiàn)塌方發(fā)生后立即向應(yīng)急領(lǐng)導小組詳細報告坍塌發(fā)生的情況，領(lǐng)導小組立即啟動應(yīng)急預(yù)案，避免人員和財產(chǎn)的進一步傷亡和損失，初步分析坍塌原因后，制定塌方處理措施及時控制坍塌的進一步擴大，待塌腔初步穩(wěn)定確保安全后解除應(yīng)急預(yù)案。

4 塌方原因分析

4.1 設(shè)計圖紙劃分本段落為Ⅲ級圍巖，但圍巖整體性已達不到Ⅲ級圍巖強度；

4.2 圍巖裂隙發(fā)育，節(jié)理豐富，帶有泥質(zhì)夾層，整體性較差，提前進入破碎帶；

4.3 開挖進尺過大，爆破裝藥量較多，震動干擾較大；

4.4 現(xiàn)場施工人員對圍巖的變化情況沒有引起足夠重視；

4.5 圍巖發(fā)生變化，變更不及時，支護參數(shù)較低；

綜合分析，由于圍巖情況已經(jīng)發(fā)生變化，考慮斷層破碎帶已經(jīng)提前進入，但對于掌子面的圍巖支護參數(shù)變更申請始終沒有批復，仍然按照Ⅲ級圍巖進行施工，無法達到對當前圍巖的支護強度，加之爆破對圍巖的擾動，導致此次大塌方的發(fā)生。

5 塌方應(yīng)急處理措施

5.1 塌腔表面噴射砼，及時封閉塌腔避免進一步風化；

5.2 制定值班制度，及時觀測塌腔情況；

5.3 盡量減少隧道內(nèi)通風，降低塌腔圍巖的風化速度；

5.4 減少對塌腔體的擾動，保持塌落的圍巖對塌腔的支撐作用；

5.5 對臨近坍塌體已施工初期支護的拱架施作護拱，避免坍塌進一步擴大；

5.6 對護拱施作注漿錨管，并進行注漿固結(jié)，防止已施工的初期支護下沉及變形；

由于坍塌發(fā)生的較突然，且坍塌程度比較嚴重，為防止坍塌的進一步擴大化、損失嚴重化、影響惡劣化，特制定應(yīng)急處理措施，通過該措施的實施，初步控制了坍塌的繼續(xù)發(fā)生，避免了損失的進一步擴大，為后續(xù)塌方處理工作提供了較好的、較安全的施工環(huán)境。

6 塌方處理措施

根據(jù)現(xiàn)場情況組織多次會議，在考慮安全通過和實際操作性后確定最終方案為掛網(wǎng)噴錨封閉，護拱掘進，二次回填。

6.1 套拱段基本穩(wěn)定，視圍巖變化情況對塌腔補噴至厚度20cm，待圍巖穩(wěn)定后，施作錨桿掛網(wǎng)噴錨C25混凝土，厚度10cm，鋼筋網(wǎng)片采用φ8@20×20cm，錨桿長3.5m，以穩(wěn)定塌腔圍巖。

6.2 自K232+664始拱部設(shè)置護拱，護拱比支護設(shè)計高程抬高25cm，每循環(huán)進尺50cm,護拱采用I22型鋼鋼架，鋼架間距50cm/榀，護拱縱向采用Φ22連接筋，環(huán)向間距1m，噴錨C25混凝土，厚度25cm，鋼筋網(wǎng)片采用φ8@20×20cm雙層，設(shè)Φ42注漿管8根代替鎖腳錨桿，長3.5m。拱腳2m內(nèi)回填密實。

6.3 每榀支護鋼架至塌腔頂部和兩側(cè)設(shè)置I22支撐，Φ22連接筋環(huán)向連接，拱部120°采用I22工字鋼縱向連接，噴射混凝土封面形成護拱。拱部間隔5m預(yù)埋Φ110泵送管，護拱滿足設(shè)計強度后，分層泵送C25砼，厚度不小于2m，砼與塌腔表面之間空腔采用M15水泥砂漿進行充填密實，作為緩沖層。施工完后在起拱線位置塌腔兩側(cè)每榀鋼架每側(cè)各設(shè)置4根5.0m長Φ25中空注漿錨桿，使砼與圍巖形成整體，從而減少護拱及二襯受力。按照以上1、2工序循環(huán)施工，直至通過K232+698塌方段落。

6.4 分上下臺階開挖，上臺階采用留核心土法，下臺階采用錯位開挖法，支護方式：同上。

6.5 于拱墻施作Φ42注漿錨管,長度3.5m，間距1m×1m,呈梅花型交錯布置，對Φ42注漿錨管進行注水泥砂漿（水灰比：1:0.8），注漿壓力0.5～1MPa，進行交錯循環(huán)注漿，當相鄰未注漿孔中出現(xiàn)灰漿；注漿壓力達到設(shè)計終壓1.0Mpa；漿液注入量達到計算值的80%以上時，即可停止注漿。當注漿完畢后，及時清洗管內(nèi)漿液，并用塑膠泥封口，以增加注漿錨管的剛度和強度，確保拱墻密實。

6.6 護拱施工過程中應(yīng)嚴格控制塌體的開挖進尺，嚴禁采用爆破開挖。

6.7 為保證安全快速通過，將K232+698～K232+708段10米（原設(shè)計為Ⅲ級、Ⅳ級）為過渡段，按Ⅴ級圍巖施工。

6.8 為確保運營安全，建議對K232+664～K232+698段二襯進行加強，二襯采用Ⅴ級圍巖支護參數(shù)施工。

處理方案示意圖

留核心土法-橫斷面布置圖

留核心土法-平面布置圖

7 塌方處理結(jié)果

通過制定塌方處理方案，嚴格按規(guī)范施工，加以保障措施的落實，塌方段得以安全平穩(wěn)的度過，通過檢測，洞內(nèi)各種參數(shù)基本符合要求。

8 塌方問題探討

隧道塌方一直是隧道施工面臨的較大難題，也是隧道施工最高的危險源，同時直接影響著工程進度。下面淺談一下如何避免隧道塌方及處理措施：

8.1 密切觀察掌子面圍巖變化情況；

8.2 發(fā)現(xiàn)圍巖與設(shè)計圖紙不符及時提交變更申請，加強支護；

8.3 若圍巖確實達不到設(shè)計強度應(yīng)自行加強支護參數(shù)，避免發(fā)生坍塌；

8.4 嚴格執(zhí)行“多打眼、少裝藥、強支護、弱爆破”原則；

8.5 嚴格控制開挖進尺，避免開挖臨空面過大；

8.6 及時進行監(jiān)控量測，超前地質(zhì)預(yù)報，密切觀察洞身襯砌變化情況及掌子面前方圍巖的變化趨勢；

8.7 加強質(zhì)量檢測及監(jiān)控，防止因偷工減料等質(zhì)量問題引發(fā)的塌方。

根據(jù)統(tǒng)計，大部分塌方都是人為因素造成的。因此在不良地質(zhì)段應(yīng)嚴格控制施工質(zhì)量，堅決杜絕質(zhì)量問題的發(fā)生。通過以上措施可最大限度的避免塌方事故，但塌方一旦發(fā)生，應(yīng)立即向相關(guān)部門或領(lǐng)導組長詳細匯報塌方情況，及時啟動應(yīng)急預(yù)案，將損失降到最低，處理好塌方事故現(xiàn)場，為處理方案的制定及實施創(chuàng)造良好的施工環(huán)境。

塌方的處理應(yīng)嚴格按塌方處理方案執(zhí)行，保證安全的前提下盡可能的加快施工進度，避免塌腔因長期暴露而風華引起的再次坍塌。已經(jīng)施工完畢的塌腔段應(yīng)盡快施作仰拱及二襯，及早封閉成環(huán)加強承載力。

9 結(jié)束語

由于隧道施工具有工期長、投資高、難度大等一系列特點，因此隧道一直是建設(shè)領(lǐng)域的重點，而塌方處理又是隧道施工的難點，提前預(yù)防對比塌方處理具有節(jié)約資金、節(jié)約成本、節(jié)約工期、提高效益、保障安全、降低影響等優(yōu)點，因此預(yù)防塌方顯得尤為重要，通過實踐發(fā)現(xiàn)隧道塌方是可以預(yù)防的。

[1] 李凱,吳維導.隧道塌方的原因分析與處理的措施[J].廣西交通科技,2001

[2] 青海省高度公路施工標準化管理指南（試用本）.

[3] 公路工程施工工藝標準[S].中交第一公路工程局有限公司,2007.

10.16767/j.cnki.10-1213/tu.2017.11.091