魏志華 賈驥峰 王子立

摘要：在遭受巖漿活動(dòng)劇烈影響的隧址區(qū)進(jìn)行隧道施工，強(qiáng)風(fēng)化軟弱破碎巖脈接觸帶往往是塌方等地質(zhì)災(zāi)害的高發(fā)區(qū)段。以張石高速公路保定段太平梁隧道塌方為例，分析了強(qiáng)風(fēng)化軟弱破碎帶隧道塌方發(fā)生的主要原因，提出了對(duì)該塌方的處理方案，并對(duì)今后預(yù)防該類塌方提供了建議。

關(guān)鍵詞：張石高速公路隧道強(qiáng)風(fēng)化軟弱破碎帶塌方

中圖分類號(hào)：U412.36+6文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：

目前我國正處于高速公路的快速建設(shè)階段，隧道工程是高速公路的主要組成部分，隧道開挖中各種地質(zhì)災(zāi)害問題復(fù)雜多樣。當(dāng)隧道掘進(jìn)至強(qiáng)風(fēng)化軟弱破碎帶時(shí)，圍巖自穩(wěn)能力往往很差，必須遵循新奧法“短進(jìn)尺、弱爆破、早封閉、緊噴錨、勤量測(cè)”的施工原則，否則極易引起冒頂或塌方等地質(zhì)災(zāi)害事故，危及施工人員的生命安全，同時(shí)損壞施工機(jī)具。結(jié)合已經(jīng)貫通的張石高速公路保定段太平梁隧道左幅張家口端的塌方事件，分析了該塌方發(fā)生的主要原因，對(duì)該次隧道塌方事件提出了相關(guān)的處理方案，同時(shí)對(duì)今后預(yù)防類似塌方事件的發(fā)生提出了建議。

1工程簡介

張（家口）石（家莊）高速公路是河北省高速公路網(wǎng)布局規(guī)劃“五縱、六橫、七條線”中“縱五”的一部分，也是河北省公路網(wǎng)主骨架中冀西北地區(qū)南北向的唯一高速公路。其中太平梁隧道采用雙向四車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，設(shè)計(jì)行車速度為100 km/h。左幅全長1820 m，右幅全長1918 m，隧道最大埋深約258m。隧道最大開挖寬度約15.4m，開挖高度約11.9m。

在地形地貌方面，隧址區(qū)位于太行山中山區(qū)，山脈走向?yàn)楸睎|向，洞身段山體陡峻，進(jìn)口端因沖溝切割地形變緩，出口端地形陡峻基巖出露。山體地面海拔高程介于658~923m之間，相對(duì)高差近267m。

在地質(zhì)構(gòu)造于地層巖性方面，隧址區(qū)位于中朝準(zhǔn)地臺(tái)太行山斷隆東端，淶源斷陷盆地東側(cè)臺(tái)拱，巖漿活動(dòng)頻繁，巖脈侵入穿插強(qiáng)烈。隧址區(qū)除局部緩坡及溝谷處堆積第四系全新統(tǒng)坡崩積層及坡洪積層外，大部分地段基巖裸露。左幅隧道在LK61+720以西分布凝灰角礫巖，以東分布安山巖，二者以閃長巖脈分界，隧道出口區(qū)為燕山期花崗巖。

2塌方情況

2010年9月8日，太平梁隧道左幅張家口端按II級(jí)圍巖施工至LK61+408處，正常爆破一個(gè)循環(huán)后，掌子面及拱頂發(fā)生塌方和涌水，塌方石渣堆滿整個(gè)斷面，并向后方延伸近20米（圖1）。塌方巖石均為強(qiáng)風(fēng)化破碎的凝灰角礫巖、水和水融巖體，坍塌體內(nèi)涌水量較大。自9月8日凌晨3點(diǎn)爆破后開始突水至9月9日下午2點(diǎn)，掌子面后方水位已達(dá)2米高，縱向延伸至后方150米長，人員、機(jī)械均難以進(jìn)入。

圖1塌方情況實(shí)拍

塌方發(fā)生前，該隧道一直按Ⅱ級(jí)支護(hù)參數(shù)進(jìn)行開挖支護(hù)，初期支護(hù)參數(shù)如下：

1、Φ22早強(qiáng)水泥砂漿錨桿（局部）：設(shè)計(jì)長度2.5m，縱環(huán)向間距120×120cm；

2、C25噴射混凝土：設(shè)計(jì)厚度為8cm；

3、6.5鋼筋網(wǎng)（局部）：網(wǎng)格設(shè)計(jì)間距25×25cm；

3 塌方原因分析

該次塌方發(fā)生后，對(duì)其發(fā)生原因進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查與分析，認(rèn)為該次塌方發(fā)生的主要原因歸結(jié)于以下兩個(gè)方面。

該隧址區(qū)在地質(zhì)歷史上曾遭受過頻繁的巖漿活動(dòng)，巖脈侵入穿插強(qiáng)烈。在巖脈未穿插區(qū)段圍巖質(zhì)量一般較好，但在巖脈穿插部位，巖體質(zhì)量相對(duì)較差，尤其是巖脈與被穿插巖體的接觸部位，圍巖往往破碎程度很高，巖體富水性和透水性很強(qiáng)，導(dǎo)致巖石強(qiáng)風(fēng)化甚至全風(fēng)化，強(qiáng)度極低甚至完全喪失強(qiáng)度，自穩(wěn)性很差。

另外，該洞口在塌方發(fā)生之前一直按照Ⅱ級(jí)進(jìn)行開挖支護(hù)，主觀上認(rèn)為掌子面前方圍巖質(zhì)量亦不會(huì)太差，并沒有對(duì)常規(guī)地質(zhì)超前預(yù)報(bào)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行認(rèn)真的系統(tǒng)分析。因此，對(duì)地質(zhì)超前預(yù)報(bào)重要性的忽略也與該次塌方的發(fā)生具有一定的相關(guān)性。

4 塌方處理方案

根據(jù)本次塌方的實(shí)際地質(zhì)情況，對(duì)該塌方制定以下處理方案或措施（圖2）。

圖2 塌方處理方案示意圖

4.1抽排洞內(nèi)積水

針對(duì)洞內(nèi)嚴(yán)重的積水，從9月9日開始采用多臺(tái)水泵24小時(shí)不間斷抽水。截止到9月15日，洞內(nèi)存水基本抽凈，但掌子面還在持續(xù)流水，不過流速變慢，故在后方挖設(shè)匯水坑和中心排水溝槽排水，保證塌方處理工作面不積水。

4.2架設(shè)護(hù)拱

在清除洞內(nèi)塌落石渣至LK61+396開始，采用18號(hào)工字鋼對(duì)已開挖洞段進(jìn)行護(hù)拱加強(qiáng)支護(hù)，護(hù)拱加強(qiáng)段截止到LK61+403。該方案中需保證工字鋼護(hù)拱坐落于穩(wěn)定的基巖之上并與初襯密貼。工字鋼護(hù)拱與初襯之間的縫隙采用噴射混凝土充填密實(shí)。

4.3塌方段后加強(qiáng)支護(hù)

對(duì)于塌方段后LK61+403~408共5m區(qū)段，為了防止塌方范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，同時(shí)為后續(xù)塌方處理提供安全的操作空間，對(duì)該區(qū)段采用V級(jí)深埋的參數(shù)進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)。

4.4封閉坍塌腔體

為了對(duì)塌腔進(jìn)行灌漿回填，需將塌腔進(jìn)行封閉。首先對(duì)塌渣表面進(jìn)行噴射混凝土加以固結(jié)，然后對(duì)塌腔與下方塌渣之間的空隙進(jìn)行封閉。在封閉前預(yù)留注漿管，注漿管伸入塌腔空洞越高越好，封閉面外漏管端頭，用于接送砼泵。

4.5充填塌腔

采用混凝土輸送泵向塌腔內(nèi)泵送C25混凝土,泵送混凝土要分層進(jìn)行，每次宜控制在1米左右，層層之間要有一定的停頓時(shí)間，保證前層混凝土形成一定強(qiáng)度后才進(jìn)行后層混凝土澆筑。對(duì)其它未出現(xiàn)塌腔空洞或混凝土難以注入處，經(jīng)潛孔鉆成孔，通過所鉆注漿孔向孔內(nèi)采用砼輸送泵泵送M20水泥砂漿。填充砼與砂漿層共不少于3米厚，其上空洞采用吹沙填充處理。

4.6開挖坍塌體

按照原設(shè)計(jì)Ⅴ級(jí)深埋的參數(shù)開挖坍塌體。首先對(duì)拱部范圍渣體進(jìn)行開挖支護(hù)，開挖范圍不宜小于拱部100°，然后及時(shí)對(duì)下部剩余渣體出渣，最后把上部工字鋼向下順接，形成閉合。

4.7塌方段前加強(qiáng)支護(hù)過渡

塌方段度過后，即使掌子面處圍巖質(zhì)量比塌方段有明顯好轉(zhuǎn)，但為了保證后續(xù)開挖的安全性，在塌方段前方10m范圍內(nèi)亦采用Ⅴ級(jí)深埋的參數(shù)進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)過渡。

采用以上處理方案，該塌方歷時(shí)一月左右即處理完畢，之后塌方段圍巖變形監(jiān)測(cè)資料顯示該次塌方按上述方案處理是正確可靠的。

5 結(jié)語

盡管塌方在隧道施工過程中不可避免，但對(duì)太平梁隧道這次塌方事件發(fā)生原因的分析，可以為今后類似洞段隧道工程的施工積累以下一些經(jīng)驗(yàn)。

在地質(zhì)歷史上曾遭受過頻繁巖漿活動(dòng)的地區(qū)，巖脈侵入穿插強(qiáng)烈。在巖脈穿插部位，巖體質(zhì)量相對(duì)較差，尤其是巖脈與被穿插巖體的接觸部位，圍巖往往很破碎，且地下水豐富，巖石強(qiáng)風(fēng)化甚至全風(fēng)化，強(qiáng)度極低甚至完全喪失強(qiáng)度，自穩(wěn)性很差。在此類地段進(jìn)行隧洞施工，必須遵循“短進(jìn)尺、弱爆破、緊噴錨、強(qiáng)支護(hù)、勤量測(cè)”的新奧法施工原則進(jìn)行施工。

同時(shí)，在相對(duì)未受巖脈影響區(qū)段，雖然圍巖質(zhì)量較好，但決不能認(rèn)為掌子面前方的未開挖段圍巖質(zhì)量亦好，從而麻痹大意。對(duì)此，即使圍巖較好，常規(guī)地質(zhì)超前預(yù)報(bào)工作的重要性還是不能忽略的。

參考文獻(xiàn)：

[1]王夢(mèng)恕.中國鐵路、隧道與地下空間發(fā)展概況[J].隧道建設(shè).2010.30.

[2]JTG D70--2004公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范[S]．北京：人民交通出版社.2004.

[3]周建昆,吳堅(jiān).巖石公路隧道塌方風(fēng)險(xiǎn)事故樹分析[J].地下空間與工程學(xué)報(bào).2008.04.

[4]唐雄俊，范建海，張濤等.二道埡隧道塌方原因分析與處理技術(shù)[J].現(xiàn)代隧道技術(shù).2007.04.

[5]關(guān)寶樹.隧道工程設(shè)計(jì)要點(diǎn)集[M].北京：人民交通出版社.2003.

[6]王毅才.隧道工程（上冊(cè)）[M].北京：人民交通出版社.2006．

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