浅析河卡山隧道塌方原因及处理措施

张天奇

中铁十六局集团第一工程有限公司

浅析河卡山隧道塌方原因及处理措施

张天奇

中铁十六局集团第一工程有限公司

河卡山隧道地处青海省南部，海拔3800m，是共和至玉树公路的第一条隧道，该标段是青海省玉树州地震后提前启动的项目，因此也成为了玉树灾后重建的绿色通道。河卡山隧道施工到K232+689里程桩号时，突然发生坍塌，第二天紧接着向已经施工完毕的方向坍塌约13m，总共坍塌21m，因此该大塌方的处理显得尤为重要。

河卡山隧道；塌方；分析；处理

1 工程概况

河卡山隧道起讫点桩号为K232+090～K234+360，全长2270m。隧道位于昆仑山东段的河卡山，所处区域构造位置属我国三大巨型纬向构造体系之一的秦岭-昆仑纬向构造带的西段。构造位置属复杂地段，地层总体呈一走向近东西的单斜构造，地层向北倾，呈波状起伏，倾角20～60°。西侧有一区域性大断裂，断裂走向南北，性质不明。隧址区位于河卡山，属中高山剥蚀地貌，海拔高度在3700～3960m之间，区间地形起伏较大,山势陡峭,沟谷发育,总体呈中间高两侧低的趋势。围岩类别主要为Ⅲ级共计830m、Ⅳ级共计850m、Ⅴ级围岩共计545m、明洞2座共计45m。其中K232+720～K232+840段为断层破碎带。

2 塌方过程

2012年7月30 日凌晨一点，在K232+687～K232+689立架支护施工过程中，掌子面右前方发生坍塌。该段原设计为Ⅲ级围岩，现场围岩节理裂隙发育，岩体破碎，呈红褐色，强风化，多张口，镶嵌碎裂结构。坍腔高约6m，长度约13m(K232+685～K232+698),砸毁已支护2m格栅。并于次日11点30分，在加固过程中，毫无征兆的情况下向反方向发生二次坍塌K232+685～K232+664，其中包括已加固8榀钢架。坍腔高度为拱顶上约8m,坍塌方量达2000m3，坍体为泥质页岩，多为块石，强风化，滑动面夹有泥质夹层。此次发生的塌方走向分别为掌子面施工里程的正反方向，共计21m。

3 启动坍塌应急预案

河卡山隧道发生塌方后立即启动了应急预案，具体措施为：

3.1 2012 年7月30日凌晨一点河卡山隧道进口掌子面发生坍塌，及时向应急小组详细汇报情况；

3.2 立即停止施工作业，人员及机械尽快撤离至安全区域；3.3当班作业班组为初期支护班；

3.4 现场无人员伤亡情况发生，部分台车及小型机具被埋；

3.5 当时喷锚班组正在施工，坍塌发生前无任何明显征兆；

3.6 保护施工现场；

当班工班长发现塌方发生后立即向应急领导小组详细报告坍塌发生的情况，领导小组立即启动应急预案，避免人员和财产的进一步伤亡和损失，初步分析坍塌原因后，制定塌方处理措施及时控制坍塌的进一步扩大，待塌腔初步稳定确保安全后解除应急预案。

4 塌方原因分析

4.1 设计图纸划分本段落为Ⅲ级围岩，但围岩整体性已达不到Ⅲ级围岩强度；

4.2 围岩裂隙发育，节理丰富，带有泥质夹层，整体性较差，提前进入破碎带；

4.3 开挖进尺过大，爆破装药量较多，震动干扰较大；

4.4 现场施工人员对围岩的变化情况没有引起足够重视；

4.5 围岩发生变化，变更不及时，支护参数较低；

综合分析，由于围岩情况已经发生变化，考虑断层破碎带已经提前进入，但对于掌子面的围岩支护参数变更申请始终没有批复，仍然按照Ⅲ级围岩进行施工，无法达到对当前围岩的支护强度，加之爆破对围岩的扰动，导致此次大塌方的发生。

5 塌方应急处理措施

5.1 塌腔表面喷射砼，及时封闭塌腔避免进一步风化；

5.2 制定值班制度，及时观测塌腔情况；

5.3 尽量减少隧道内通风，降低塌腔围岩的风化速度；

5.4 减少对塌腔体的扰动，保持塌落的围岩对塌腔的支撑作用；

5.5 对临近坍塌体已施工初期支护的拱架施作护拱，避免坍塌进一步扩大；

5.6 对护拱施作注浆锚管，并进行注浆固结，防止已施工的初期支护下沉及变形；

由于坍塌发生的较突然，且坍塌程度比较严重，为防止坍塌的进一步扩大化、损失严重化、影响恶劣化，特制定应急处理措施，通过该措施的实施，初步控制了坍塌的继续发生，避免了损失的进一步扩大，为后续塌方处理工作提供了较好的、较安全的施工环境。

6 塌方处理措施

根据现场情况组织多次会议，在考虑安全通过和实际操作性后确定最终方案为挂网喷锚封闭，护拱掘进，二次回填。

6.1 套拱段基本稳定，视围岩变化情况对塌腔补喷至厚度20cm，待围岩稳定后，施作锚杆挂网喷锚C25混凝土，厚度10cm，钢筋网片采用φ8@20×20cm，锚杆长3.5m，以稳定塌腔围岩。

6.2 自K232+664始拱部设置护拱，护拱比支护设计高程抬高25cm，每循环进尺50cm,护拱采用I22型钢钢架，钢架间距50cm/榀，护拱纵向采用Φ22连接筋，环向间距1m，喷锚C25混凝土，厚度25cm，钢筋网片采用φ8@20×20cm双层，设Φ42注浆管8根代替锁脚锚杆，长3.5m。拱脚2m内回填密实。

6.3 每榀支护钢架至塌腔顶部和两侧设置I22支撑，Φ22连接筋环向连接，拱部120°采用I22工字钢纵向连接，喷射混凝土封面形成护拱。拱部间隔5m预埋Φ110泵送管，护拱满足设计强度后，分层泵送C25砼，厚度不小于2m，砼与塌腔表面之间空腔采用M15水泥砂浆进行充填密实，作为缓冲层。施工完后在起拱线位置塌腔两侧每榀钢架每侧各设置4根5.0m长Φ25中空注浆锚杆，使砼与围岩形成整体，从而减少护拱及二衬受力。按照以上1、2工序循环施工，直至通过K232+698塌方段落。

6.4 分上下台阶开挖，上台阶采用留核心土法，下台阶采用错位开挖法，支护方式：同上。

6.5 于拱墙施作Φ42注浆锚管,长度3.5m，间距1m×1m,呈梅花型交错布置，对Φ42注浆锚管进行注水泥砂浆（水灰比：1:0.8），注浆压力0.5～1MPa，进行交错循环注浆，当相邻未注浆孔中出现灰浆；注浆压力达到设计终压1.0Mpa；浆液注入量达到计算值的80%以上时，即可停止注浆。当注浆完毕后，及时清洗管内浆液，并用塑胶泥封口，以增加注浆锚管的刚度和强度，确保拱墙密实。

6.6 护拱施工过程中应严格控制塌体的开挖进尺，严禁采用爆破开挖。

6.7 为保证安全快速通过，将K232+698～K232+708段10米（原设计为Ⅲ级、Ⅳ级）为过渡段，按Ⅴ级围岩施工。

6.8 为确保运营安全，建议对K232+664～K232+698段二衬进行加强，二衬采用Ⅴ级围岩支护参数施工。

处理方案示意图

留核心土法-横断面布置图

留核心土法-平面布置图

7 塌方处理结果

通过制定塌方处理方案，严格按规范施工，加以保障措施的落实，塌方段得以安全平稳的度过，通过检测，洞内各种参数基本符合要求。

8 塌方问题探讨

隧道塌方一直是隧道施工面临的较大难题，也是隧道施工最高的危险源，同时直接影响着工程进度。下面浅谈一下如何避免隧道塌方及处理措施：

8.1 密切观察掌子面围岩变化情况；

8.2 发现围岩与设计图纸不符及时提交变更申请，加强支护；

8.3 若围岩确实达不到设计强度应自行加强支护参数，避免发生坍塌；

8.4 严格执行“多打眼、少装药、强支护、弱爆破”原则；

8.5 严格控制开挖进尺，避免开挖临空面过大；

8.6 及时进行监控量测，超前地质预报，密切观察洞身衬砌变化情况及掌子面前方围岩的变化趋势；

8.7 加强质量检测及监控，防止因偷工减料等质量问题引发的塌方。

根据统计，大部分塌方都是人为因素造成的。因此在不良地质段应严格控制施工质量，坚决杜绝质量问题的发生。通过以上措施可最大限度的避免塌方事故，但塌方一旦发生，应立即向相关部门或领导组长详细汇报塌方情况，及时启动应急预案，将损失降到最低，处理好塌方事故现场，为处理方案的制定及实施创造良好的施工环境。

塌方的处理应严格按塌方处理方案执行，保证安全的前提下尽可能的加快施工进度，避免塌腔因长期暴露而风华引起的再次坍塌。已经施工完毕的塌腔段应尽快施作仰拱及二衬，及早封闭成环加强承载力。

9 结束语

由于隧道施工具有工期长、投资高、难度大等一系列特点，因此隧道一直是建设领域的重点，而塌方处理又是隧道施工的难点，提前预防对比塌方处理具有节约资金、节约成本、节约工期、提高效益、保障安全、降低影响等优点，因此预防塌方显得尤为重要，通过实践发现隧道塌方是可以预防的。

[1] 李凯,吴维导.隧道塌方的原因分析与处理的措施[J].广西交通科技,2001

[2] 青海省高度公路施工标准化管理指南（试用本）.

[3] 公路工程施工工艺标准[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