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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
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。
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。
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。
4.1 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。
5.1 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。
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
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。
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。
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