淺析河卡山隧道塌方原因及處理措施

張天奇

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

張天奇

中鐵十六局集團第一工程有限公司

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，突然發生坍塌，第二天緊接著向已經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，所處區域構造位置屬我國三大巨型緯向構造體系之一的秦嶺-昆侖緯向構造帶的西段。構造位置屬復雜地段，地層總體呈一走向近東西的單斜構造，地層向北傾，呈波狀起伏，傾角20～60°。西側有一區域性大斷裂，斷裂走向南北，性質不明。隧址區位于河卡山，屬中高山剝蝕地貌，海拔高度在3700～3960m之間，區間地形起伏較大,山勢陡峭,溝谷發育,總體呈中間高兩側低的趨勢。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，掌子面右前方發生坍塌。該段原設計為Ⅲ級圍巖，現場圍巖節理裂隙發育，巖體破碎，呈紅褐色，強風化，多張口，鑲嵌碎裂結構。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，坍體為泥質頁巖，多為塊石，強風化，滑動面夾有泥質夾層。此次發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 啟動坍塌應急預案

河卡山隧道發生塌方后立即啟動了應急預案，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生坍塌，及時向應急小組詳細匯報情況；

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

3.4 現場無人員傷亡情況發生，部分臺車及小型機具被埋；

3.5 當時噴錨班組正在施工，坍塌發生前無任何明顯征兆；

3.6 保護施工現場；

當班工班長發現塌方發生后立即向應急領導小組詳細報告坍塌發生的情況，領導小組立即啟動應急預案，避免人員和財產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，待塌腔初步穩定確保安全后解除應急預案。

4 塌方原因分析

4.1 設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 圍巖裂隙發育，節理豐富，帶有泥質夾層，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 圍巖發生變化，變更不及時，支護參數較低；

綜合分析，由于圍巖情況已經發生變化，考慮斷層破碎帶已經提前進入，但對于掌子面的圍巖支護參數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生。

5 塌方應急處理措施

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，防止已施工的初期支護下沉及變形；

由于坍塌發生的較突然，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，特制定應急處理措施，通過該措施的實施，初步控制了坍塌的繼續發生，避免了損失的進一步擴大，為后續塌方處理工作提供了較好的、較安全的施工環境。

6 塌方處理措施

根據現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噴錨封閉，護拱掘進，二次回填。

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

6.2 自K232+664始拱部設置護拱，護拱比支護設計高程抬高25cm，每循環進尺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，環向間距1m，噴錨C25混凝土，厚度25cm，鋼筋網片采用φ8@20×20cm雙層，設Φ42注漿管8根代替鎖腳錨桿，長3.5m。拱腳2m內回填密實。

6.3 每榀支護鋼架至塌腔頂部和兩側設置I22支撐，Φ22連接筋環向連接，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預埋Φ110泵送管，護拱滿足設計強度后，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每榀鋼架每側各設置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，進行交錯循環注漿，當相鄰未注漿孔中出現灰漿；注漿壓力達到設計終壓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 塌方處理結果

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

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 發現圍巖與設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計強度應自行加強支護參數，避免發生坍塌；

8.4 嚴格執行“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 及時進行監控量測，超前地質預報，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 加強質量檢測及監控，防止因偷工減料等質量問題引發的塌方。

根據統計，大部分塌方都是人為因素造成的。因此在不良地質段應嚴格控制施工質量，堅決杜絕質量問題的發生。通過以上措施可最大限度的避免塌方事故，但塌方一旦發生，應立即向相關部門或領導組長詳細匯報塌方情況，及時啟動應急預案，將損失降到最低，處理好塌方事故現場，為處理方案的制定及實施創造良好的施工環境。

塌方的處理應嚴格按塌方處理方案執行，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。已經施工完畢的塌腔段應盡快施作仰拱及二襯，及早封閉成環加強承載力。

9 結束語

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領域的重點，而塌方處理又是隧道施工的難點，提前預防對比塌方處理具有節約資金、節約成本、節約工期、提高效益、保障安全、降低影響等優點，因此預防塌方顯得尤為重要，通過實踐發現隧道塌方是可以預防的。

[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