河卡山隧道塌方治理方案

河卡山隧道塌方治理方案

【内容摘要】介绍了河卡山隧道几种不同程度、不同类型、不同规模的塌方采取的不同治理方案，为相似围岩破碎、地质复杂隧道施工提供借鉴。

【关键词】河卡山隧道 塌方 治理方案

1.概况

河卡山隧道地处青藏高原青海省兴海县境内，工程地质构造和水文地质复杂，主要地质构造为下三叠统（T1、T1）变长石砂岩、砂岩、钙质板岩、粉砂质粘板岩和第四系坡积物Q4，第四系上更新统冲、洪积物（Q3+4a1+p1）组成。隧道正常涌水量大，主要地质灾害为围岩破碎、粉砂质粘板岩遇水变泥、隧道穿越岩层复杂多变、含泥夹层多等问题。

河卡山隧道施工中，由于地质原因，先后出现了2次大塌方和2次中等塌方及多次小塌方，根据不同形式的塌方及采取的不同处理措施，总共可归结为4类：第一，直接形成坍塌空腔。坍塌后围岩稳定，如K233+249－K233+237处；第二，处于破碎带的大塌方，塌方直接堵塞掌子面，情况不易掌握，如K231+810－K231+825塌方；第三，水量大，围岩自稳性差，出现滑塌，如K233+418－K233+355段落内；第四，坍塌成块状，不停的间断掉块，人员无法靠近掌子面施工，如K233+045－K233+036处。 2.塌方治理方案

a

b

d1

河卡山隧道塌方治理，主要采取了直接支护回填治理、大管棚应用、导管注浆施工、泵送混凝土回填及其综合应用措施。 2.1直接支护回填治理

K233+249－K233+237段塌方，塌方后形成坍塌空腔，空腔壁围岩相对稳定，塌方拱部呈椭圆顶倒漏斗形，影响范围隧道纵向10m、横向14m、塌方高度12m，塌方数量达2000m3。本段围岩为岩层缓倾角薄层层理构造发育，岩性以粉沙质粘板岩为主，岩石破碎，节理裂隙发育，层间夹泥，失稳坍塌，拱部坍塌后相对稳定。本着安全、快速、保质的原则处理塌方。 2.1.1初期支护

充分利用围岩塌方后处于一种相对的暂时稳定状态，抓紧时间处理塌方，在塌方范围内沿塌方面进行初期支护。 2.1.1.1速喷混凝土封闭

采取挖掘机等大型机械配合快速的对空腔壁素喷5cm-8cm喷射混凝土，封闭岩面。

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2.1.1.2支立拱架

根据具体情况出渣，尽早、快速的支立工字钢拱架，采取加强支护，I20工字钢拱架间距45cm，在拱架两侧拱架离空腔壁距离小处，加强锁脚锚杆设置，保证拱架稳固，支拱架同时预埋注砂浆管。 2.1.1.3拱架喷射混凝土

在拱架上方设置1m厚浆砌片石护拱，增强初衬受力结构，同时保证拱架喷射混凝土能进行，再在护拱上方铺盖1m厚草垫，作为初支的临时缓冲。然后及时进行喷射混凝土施工封闭整个空腔，形成整个初衬。 2.1.2空腔回填

初衬形成后，通过预埋管，向空腔内吹填砂填满空腔，然后根据需要，向空腔内注浆固结回填砂，消除砂重对衬砌的压力。 2.1.3后续工序施工

为不影响塌方，在下次掘进时采用台阶法开挖，人工配合风镐、弱爆破、短进尺。加强监控量测，对塌方段进行变形量测，从拱顶下沉数据进行分析，最大沉降5cm＜7cm（设计预留沉降量），经过观测，变形基本稳定，满足衬砌条件时，及时衬砌。见图1：K233+249－K233+237段塌方治理图。

Ⅰ注浆导管注砂管胶结砂胶结砂草垫初喷砼5-8cm初喷砼5-8cm草垫1m50cm将砌片石护拱喷浆浆砌片石喷浆二衬加强锚杆L=3.5m二衬ⅠK233+249K233+246K233+237

图1：K233+249－K233+237段塌方治理图

2.2大管棚塌方治理应用

K233+810－K233+825段塌方，坍塌物细小、松散体积大，产生压力大，充填满整个空腔，不进行固结，很难进行开挖，为了快速、安全、有效的处理，设计院及相关部门确定坍方处采用大管棚施工方案。

2.2.1小导管注浆、初期支护

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利用Φ50超前注浆导管提高工作面净空，创造大管棚施工条件，为管棚工作及套拱施工做准备，保证施工后管棚、套拱不侵入衬砌净空，在开挖工作室前，在拱部打两环Φ50超前注浆导管进行预注浆，固结岩体。Φ50钢管环向间距30cm，长度4.5m，成梅花型布孔，使用水灰比1:1水泥浆压浆。然后扩大范围进行初期支护，开挖时遵循“短开挖，强支护”的原则，确保稳固、安全。 2.2.2套拱施工

及时采用沙袋及沙浆配合封闭工作室坍物面，防止坍体失稳和下一步注浆液向外扩散。在扩大初期支护的保护下，施工套拱作为在管棚施工支撑点和角度控制点。在正常初期支护范围内，按照正常要求支立3榀I18工字钢拱架，间距30cm，三榀拱架焊接为一个整体；在拱架外圈焊接长为1.0m的φ108导向管，导向管间距、角度同管棚设计，分别为40cm、5°。利用工字钢拱架作为支撑和骨架，扣内模、封端浇注套拱混凝土，如图2。

导向管初期支护导向管混凝土套拱工字钢拱架衬砌空间混凝土套拱洞身衬砌空间工字钢拱架坍塌体坚实基础套拱立面图套拱侧面图图2 套拱安装示意图

2.2.3大管棚施工

在套拱达到设计强度的60%后，开始管棚钻孔施工，钻孔采取低压低速，防止产生坍孔、卡钻；钻孔深度应保证达到前方稳定围岩1.5—2.0m左右；钻孔孔口排水采取收集集中外排，防止造成平台失稳、坍塌或影响施工环境。成孔立即装管，以保证装管的成功率。

钻孔、装管全部结束后，即开始管棚注浆，首先对导向管管壁和注浆管间空隙用锚固剂封口防止压浆时，浆液顺导向管流出。采取1MPa压力注浆，以浆液扩散范围大、均匀为最终目标。管棚施工总体见图3。 2.2.4坍体处理

管棚压浆24小时后，进行坍体开挖严格遵循短进尺、强支护、早衬砌原则。采用正台阶开挖，先拱后墙，施工时采用环形开挖，预留核心土，进尺限定在1.0m内；开挖后及时安装120工字钢拱架（间距0.5m）和喷砼支护。下断面为预防开挖过高马口失稳，进行分层开挖、支护。下断面完成，

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立即进行衬砌。

　 37根φ89×5导管φ50小导管L=15米　＠＝40厘米 a=5°初期支护I18工字钢混凝土套拱正常施工段坍体沙袋护面K231+810K233+825图3 管棚治理塌方施工总体图

2.3导管注浆施工治理滑塌

在隧道浅埋及中间部分段落围岩十分破碎、不稳定，以K233+418－K233+355段尤为突出，破碎带内岩石节理裂隙发育，容易引起掉块和小塌方，对隧道稳定性有一定影响，隧道地下水对隧道危害极大。根据地质雷达预报掌子面前方和勘察掌子面围岩情况，综合判定该围岩类别。施工中使用超前小导管注浆施工，水量大处采取双排导管注双液浆，再采用台阶法开挖，短进尺（每循环进尺不大于120cm）、弱爆破、强支护以及加快二次衬砌进度。 2.3.1超前小导管注浆超前加固

小导管采用φ50mm、δ=4mm钢管加工制作，风枪打眼，锤击法打入。小导管长450cm，花管部分长350cm，每240cm一循环，环距35cm。依靠型钢拱作支撑构件和定位。用活塞式压浆泵进行一次性压浆。初压0.5Mpa，终压1.0Mpa。每个孔注浆量按：Q=λπR2βηh计算，式中：

R—扩散半径，取0.30m λ—损耗系数，取1.2

β—浆液在孔隙中充填系数，取0.9 η—岩石孔隙率，取5% h—管长（m）

2.3.2加强初期支护及衬砌

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拱架采用20b工字钢，间距50cm，纵向φ25钢筋连接，型钢拱与岩面用楔块楔紧，并保证型钢拱与岩面间喷射混凝土厚度不小于4cm；φ8钢筋网片，网眼尺寸15×15cm；喷射混凝土25cm，特别注意型钢拱背部混凝土的密实度；径向RD25N锚杆长350cm，纵向×环向间距=50×100cm，与型钢拱及钢筋网焊接牢固，保证支护共同受力。二次衬砌厚度45cm，内设双层φ22钢筋。 2.3.3加强现场监控量测、调整参数

监控量测重点放在对拱顶下沉、周边收敛量测项目上。经过观测发现渗水量大的地段拱顶下沉量测值随时间推移逐渐增大，并有扩张趋势。 通过分析，及时采取措施调整处理：掘进施工时采取双排导管，一排角度变大增加注浆范围，同时使用水泥－水玻璃双液浆，保证注浆效果；已经完成施工段，及时布置导管注双液浆止水、稳固围岩。经处理后观测结果显示效果明显，确保了施工安全和质量。

2.4泵送混凝土回填治理塌方

K233+045－K233+036处坍塌，坍塌体顶面高度接近开挖控制高度，空腔成倒圆锥体，周边稳定，顶部不停的掉块，人员无法靠近施工，而发生又靠近贯通面，贯通时间要求紧迫。为此，经过统一各方意见，为了保证施工的时间要求和安全，我们采取直接泵送混凝土回填，利用稳固的倒圆锥壁支撑混凝土，隔离掉块，保证施工，再开挖加强支护，最后再填充空腔处理。整体图如4。

孤石空腔填充吹沙注浆管泵送混凝土砼输送管正常施工段孤石围岩塌落支撑物沙袋封堵正常施工段设计贯通段加强支护处理段K233+048K233+045K233+040K233+036K233+029

图4 K233+045－K233+036塌方治理图

2.4.1回填轮廓处理

根据现场实际坍塌体形状、稳定状态，采用沙袋砌筑封堵墙，利用挖掘机配合把沙袋送到塌落物不够初期支护高度段落，控制泵送混凝土不侵入初衬，在轮廓顶部可适当沿隧道纵向放入钢筋，增强混凝土的抗折和支撑作用。同时，预埋好混凝土输送管和空腔回填用的吹沙、注浆管。 2.4.2混凝土浇注

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在加固处理的基础上，采用砼输送泵通过预埋管直接向空腔内浇注C25混凝土。为了保证混凝土质量，必须严格控制配合比，并且为了保证早期强度、施工时间，可适当加入早强剂。混凝土量根据坍塌物和空强大小控制，保证开挖时起到隔离、保护作用。 2.4.3开挖、支护

待混凝土强度达到60%，即可进行开挖、支护。循环进尺严格控制在50－60cm，采用I20工字钢拱架进行支护，间距45cm，纵向φ25钢筋连接，型钢拱与混凝土面必须紧贴，局部空隙用楔块楔紧，φ8钢筋网片，网眼尺寸15×15cm；喷射混凝土25cm， 型钢拱背部混凝土必须保证饱满、密实。加强监控量测，及时进行二衬施工。 2.4.4空腔处理

上下导开挖完成、支护封闭成环后，立即进行空腔回填。根据混凝土顶部塌落物多少，适当的吹入细砂充填大空隙，然后进行注浆凝结混凝土上部松散物，增强其自身支撑力、减少支护的压力。 3结束语

隧道塌方处理要根据坍塌的具体情况、围岩的稳定情况分别对待，采取经济、合理的措施；塌方处理必须严格观测，根据施工中变化情况，及时采取措施、调整方案；确定方案要集思广益，充分发挥集体的力量、利用已有的处理经验；及时汇报各相关单位，做好音、相、方案等变更索赔资料。

【参考文献】

公路隧道施工技术规范（JTJ042-94） 人民交通出版社 第1版

中国锚固与注浆工程实录选 岩土锚固与注浆技术专业委员会 科学出版社 铁路隧道 中国铁道出版社 钟桂彤

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