袁 浩，李會(huì)芬

（河北省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，天津 300250）

1 工程概況

崗頭隧洞位于河北省保定市滿城縣境內(nèi)，是南水北調(diào)中線工程上的一座大型建筑物，設(shè)計(jì)流量125m3/s，加大流量1503/s，設(shè)計(jì)水頭0.345m。工程全長(zhǎng)1800m，由進(jìn)口段、洞身段、出口段3部分組成。其中隧洞洞身段長(zhǎng)1650m，雙洞線布置，隧洞縱坡1/6440，采用無(wú)壓流圓拱直墻型斷面。斷面結(jié)構(gòu)根據(jù)沿線地質(zhì)情況采用鋼筋混凝土全斷面襯砌或錨噴支護(hù)混凝土組合襯砌兩種型式。

施工過(guò)程中，2006年7月2日1：00點(diǎn)至7月12日晚，右洞進(jìn)口左側(cè)洞臉部位共發(fā)生4次坍塌，從崗頭隧洞右洞進(jìn)口左側(cè)墻及左側(cè)頂拱部位擴(kuò)展至分流墩中心線至右洞右側(cè)洞臉，寬15m；高度范圍為分流墩右側(cè)墻腳至洞臉三級(jí)馬道，最高20m； 縱向范圍為378+456～378+466，長(zhǎng)10m?？偹娣e300m2，塌滑總量600m3。

2 工程地質(zhì)

2.1 地形地貌

崗頭隧洞進(jìn)、出口為斜坡地貌、漸變段地面高程70.0～84.0m，隧洞進(jìn)、出口地面高程90.0～97.0m，山頂最大高程293.0m。進(jìn)口段山體坡度較陡，出口段較緩。

2.2 地層巖性

該區(qū)出露地層由薊縣系霧迷山組碳酸巖類(lèi)與第四系松散地層組成，地層巖性由老至新分述如下：

（1）薊縣系霧迷山組第三段，燧石條帶白云巖，中厚層，青～灰白色，層狀構(gòu)造，厚度大于160m。巖層為緩傾，產(chǎn)狀局部變化較大。

（2）輝綠巖脈，黃綠色，風(fēng)化嚴(yán)重，為時(shí)代不明的侵入體，在進(jìn)口附近有兩條侵入巖脈，巖脈寬0.5～1.2m。

（3）第四系（Q），中更新統(tǒng)坡殘積紅黏土夾碎石，上更新統(tǒng)中段沖洪積物黃土狀壤土，全新統(tǒng)人工堆積碎石。

2.3 地質(zhì)構(gòu)造與地震

崗頭隧洞處于舒緩向斜構(gòu)造之中，向斜軸部位于樁號(hào)379+324附近，發(fā)現(xiàn)2條規(guī)模較大的斷層和5條小斷層。

建筑物區(qū)所處地段屬三級(jí)構(gòu)造單元太行山隆起東部邊緣，區(qū)域構(gòu)造建筑物以左25km有紫荊關(guān)斷裂；建筑物以右17km有徐水?dāng)嗔眩?北高昌斷裂為走向NW向的隱伏斷裂，切斷了NE向的徐水?dāng)嗔眩由扉L(zhǎng)度20km。3條區(qū)域性斷裂第四紀(jì)全新世以來(lái)從未有活動(dòng)，屬穩(wěn)定區(qū)。本區(qū)地震動(dòng)峰值加速度0.05g，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期0.45s，相當(dāng)于地震基本烈度6°區(qū)。

2.4 地質(zhì)條件

2.4.1 進(jìn)口段

進(jìn)口段圍巖為薊縣系霧迷山組第三段燧石條帶白云巖，巖塊堅(jiān)硬，單層厚度20～80cm，局部夾2～5cm薄層，層理面有泥膜。洞口進(jìn)洞正上方洞臉節(jié)理發(fā)育，穩(wěn)定性較差，在洞口樁號(hào)378+467發(fā)育1條寬大構(gòu)造裂隙帶P3破碎帶，破碎帶總體走向NE55°、傾向SE、傾角75°～85°，貫穿隧洞左右兩洞，寬度較大，左壁達(dá)20～25m，右壁寬度50～60m；破碎帶內(nèi)為黃紅～紅褐色碎石黏土，黏土與巖石交錯(cuò)分布，節(jié)理裂隙面銹染嚴(yán)重，穩(wěn)定性差，隧洞進(jìn)口處50m內(nèi)范圍受P3控制。

2.4.2 洞身段

洞身段樁號(hào)378+467～380+117，洞身長(zhǎng)1650m，隧洞段巖性為霧迷山組燧石條帶白云巖。洞身段圍巖地質(zhì)比原設(shè)計(jì)情況差，原推測(cè)的Ⅱ、Ⅲ類(lèi)圍巖段524m為Ⅳ類(lèi)圍巖，局部洞段有滴水和混凝土噴層厚度不均的現(xiàn)象。根據(jù)圍巖揭露情況，對(duì)原設(shè)計(jì)堅(jiān)固性系數(shù)、彈性抗力系數(shù)地質(zhì)參數(shù)進(jìn)行了局部調(diào)整，并對(duì)崗頭隧洞襯砌結(jié)構(gòu)型式進(jìn)行了優(yōu)化，圍巖穩(wěn)定性總體評(píng)價(jià)安全穩(wěn)定。

2.4.3 出口段

出口段地質(zhì)結(jié)構(gòu)為土巖雙層結(jié)構(gòu)，上部覆蓋層厚2～7m，主要以黃土狀壤土及紅黏黏土夾碎石為主，其下基巖為霧迷山組第三段中厚層燧石條帶白云巖。出口洞臉巖石風(fēng)化較嚴(yán)重，松散碎石較多，且有3條破碎帶發(fā)育，本工程采取增設(shè)超前錨桿、格柵鋼架，處理后巖體穩(wěn)定性加強(qiáng)。

3 塌方過(guò)程

2006年6月，汛期降雨量偏大，6月下旬和7月1日連降兩場(chǎng)暴雨，由于洞臉上未形成排水溝，導(dǎo)致洞臉以上坡面水沿巖石節(jié)理裂隙滲入，降低了巖石層面間的黏聚力。2006年7月2日凌晨1：10，崗頭隧洞右洞進(jìn)口左側(cè)墻及左側(cè)頂拱部位發(fā)生第1次塌方，洞口外崩落20m3的黃泥及孤石。樁號(hào)378+467～378+477.1長(zhǎng)10.1m范圍內(nèi)的格柵鋼架發(fā)生移位，左側(cè)底腳向內(nèi)移位1.5m，左拱角向下移位1.3m。

7月7日9：55，左拱角部位第2次坍塌，洞頂左側(cè)部分塊石及泥塊隨之脫落，并將洞口最外一榀拱架壓掉。坍塌方量50m3，塌落高程73.888m。

7月12日下午17：10，發(fā)生第3次塌方，坍塌方量50m3。左拱角向上延伸到高程79.888m處，左側(cè)墻延伸至分流墩中部，頂拱延伸到中心線附近。

7月12日晚，懸在洞頂部位的塊石塌落，左右方向也發(fā)生部分坍塌，即第4次塌方，坍塌方量100m3，洞口部位5榀鋼架在右拱角處折斷。

4次坍塌方量共計(jì)600m3。塌方范圍左右寬15m，上下高度20m。

4 塌方原因

4.1 地質(zhì)因素

崗頭隧洞地層巖性為薊縣系霧迷山組第三段燧石條帶白云巖，中厚層～厚層，局部夾薄層，圍巖左側(cè)構(gòu)造裂隙帶為主導(dǎo)，形成主要軟弱結(jié)構(gòu)面；頂部圍巖沿層面（層面有泥膜）形成上部軟弱結(jié)構(gòu)面；P3破碎帶位于洞口處，使隧洞進(jìn)口近50m的范圍受P3控制，加之節(jié)理切割作用，兩組節(jié)理（節(jié)理面有泥膜）與巖層層面將圍巖切成塊狀，形成懸掛體。2006年7月1日降雨入滲，泥膜遇水凝聚力降低，當(dāng)被切割的巖塊重力大于四周結(jié)構(gòu)面的凝聚力時(shí)產(chǎn)生塌落。

4.2 施工因素

4.2.1 施工排水

隧洞進(jìn)出口開(kāi)挖前應(yīng)仔細(xì)檢查洞臉邊坡及開(kāi)挖邊線以外的巖石穩(wěn)定性和安全性，并做好施工期排水。崗頭隧洞自2005年10月11日開(kāi)始洞挖施工，至2006年6月18日兩洞貫穿，洞臉外圍排水溝一直未開(kāi)挖形成。2006年汛期降雨量偏大，由于洞臉上未形成排水溝，導(dǎo)致洞臉以上坡面水沿巖石節(jié)理裂隙滲入，降低了巖石層面間的黏聚力，巖石抗剪強(qiáng)度降低，巖石抵抗滑動(dòng)能力降低，當(dāng)被切割的巖塊重力大于四周結(jié)構(gòu)面巖石抗剪強(qiáng)度時(shí)產(chǎn)生塌落。

4.2.2 施工期支護(hù)

隧洞工程在進(jìn)行洞臉和起始洞段開(kāi)挖時(shí)，應(yīng)采取有效的控制爆破措施，對(duì)洞口周?chē)膸r體盡量減少擾動(dòng)，并采用錨噴支護(hù)等措施進(jìn)行加固，洞口開(kāi)挖時(shí)間應(yīng)盡量避開(kāi)雨季。崗頭隧洞進(jìn)出口洞段開(kāi)挖斷面屬大斷面，且圍巖類(lèi)別分別為Ⅳ類(lèi)、Ⅲ類(lèi)，開(kāi)洞口時(shí)應(yīng)采取先邊墻后頂拱的施工方法，先開(kāi)挖導(dǎo)洞，然后順邊墻擴(kuò)挖并澆筑混凝土，邊墻全襯后再開(kāi)挖頂拱，確保進(jìn)洞安全。按常規(guī)的破碎巖施工方法應(yīng)為小進(jìn)尺、弱爆破、少擾動(dòng)、強(qiáng)支護(hù)、快封閉進(jìn)行施工。而實(shí)際開(kāi)挖中采用了中導(dǎo)洞法施工，中導(dǎo)洞的斷面和進(jìn)尺又較大，造成破碎的巖石懸掛在上面且底下又不能及時(shí)支護(hù)形成臨空面。洞體圍巖單層厚20～80cm，巖層傾角為11°，傾向洞內(nèi)，巖層面與節(jié)理面夾有泥膜，洞身開(kāi)挖后將上部巖層切斷或削弱，即使沒(méi)有其他節(jié)理和裂隙面存在，臨空面越久，倒懸在上面的巖塊如無(wú)可靠支撐也不穩(wěn)定。

4.2.3 兩洞進(jìn)尺相差過(guò)小

崗頭隧洞洞身段長(zhǎng)1650m，雙洞線布置，兩條隧洞相距僅18m，按設(shè)計(jì)要求在開(kāi)挖中應(yīng)協(xié)調(diào)統(tǒng)一，左右洞開(kāi)挖掌子面要嚴(yán)格控制相差50m以上，爆破時(shí)均要撤退人員和機(jī)械設(shè)備，確保安全。另外，當(dāng)同一洞兩個(gè)開(kāi)挖工作面在相距50m以下的距離放炮時(shí)，兩個(gè)開(kāi)挖工作面處的人員均需撤離工作面； 施工過(guò)程中兩隧洞進(jìn)尺相差不足10m，左洞爆破對(duì)右洞圍巖也會(huì)產(chǎn)生一定的震動(dòng)破壞作用，加速了節(jié)理裂隙發(fā)展。

5 處理措施

2006年7月施工單位采取加強(qiáng)錨噴支護(hù)、落實(shí)截水導(dǎo)排綜合處理措施對(duì)隧洞右洞進(jìn)口坍塌部位進(jìn)行了處理。

5.1 加強(qiáng)錨噴支護(hù)

隧洞右洞進(jìn)口坍塌位于隧洞右洞進(jìn)口左側(cè)墻及左側(cè)頂拱部位擴(kuò)展至分流墩中心線至右洞右側(cè)洞臉，位于分流墩中線右側(cè)，未涉及隧洞左洞，左洞邊坡基本穩(wěn)定。鑒于塌方現(xiàn)狀，左洞穩(wěn)定，隧洞洞臉整體不再進(jìn)行削坡。左洞洞臉混凝土噴層出現(xiàn)多條裂縫，局部采用φ28、L=600cm砂漿錨桿進(jìn)行加固；右洞塌方部位，清除松動(dòng)巖塊，采用φ28、L=600cm砂漿錨桿進(jìn)行加固，入巖500cm，塌坍部位采用C10素混凝土回填復(fù)位。

5.2 落實(shí)截水導(dǎo)排項(xiàng)目

崗頭隧洞洞臉邊坡排水應(yīng)先于主體工程施工，邊坡排水包括基坑開(kāi)挖線以內(nèi)的邊坡坡面排水和開(kāi)挖線以外的天然山坡排水兩部分?；右酝獾奶烊簧狡屡潘?，通過(guò)開(kāi)挖排水溝與總干渠排水溝連通，截?cái)嗷右酝獾奶烊簧狡滤M(jìn)入洞臉。在開(kāi)挖線以外設(shè)一條底寬0.5m，深1.0m，邊坡1∶1的漿砌石排水溝，與總干渠排水溝連通；開(kāi)挖線以內(nèi)的邊坡坡面排水亦導(dǎo)入總干渠排水溝。在每一級(jí)馬道上設(shè)置0.3m×0.3m的漿砌石排水溝，與總干渠排水溝連通，減少雨水滲入量。崗頭隧洞自2005年10月11日開(kāi)始洞挖施工，至2006年6月18日兩洞貫穿，洞臉外圍排水溝一直未開(kāi)挖形成，馬道排水溝也沒(méi)形成，從而導(dǎo)致雨水入滲，邊坡坍塌。2006年汛期過(guò)后，施工單位及時(shí)完善了崗頭隧洞邊坡開(kāi)挖線以外排水項(xiàng)目。

5.3 防滲導(dǎo)滲

崗頭隧洞洞臉二級(jí)馬道平臺(tái)，高程85.588m，寬10m，總面積650m2，現(xiàn)狀為干砌石，無(wú)排水溝，降雨滲水嚴(yán)重，造成節(jié)制閘電纜溝滲水。考慮到該平臺(tái)為干砌石，滲水比較嚴(yán)重，影響運(yùn)行安全。為減少入滲量，二級(jí)馬道平臺(tái)采用現(xiàn)澆20cm厚混凝土硬化，配置φ8@200×200的鋼筋網(wǎng)，并增加排水溝與總干渠排水溝連通，向兩側(cè)排水。

為有效排除巖體裂隙內(nèi)雨水入滲水，在81.0m高程再增設(shè)排水孔，排水孔直徑4cm，深入巖石4m，間距5m。

6 結(jié)語(yǔ)

（1）崗頭隧洞右洞進(jìn)口塌方增加了投資，影響該隧洞的完工時(shí)間，但總體質(zhì)量較好，并經(jīng)受10多年通水考驗(yàn)。

（2）為避免類(lèi)似坍塌事故在其他工程中再次發(fā)生，施工首先完善排水系統(tǒng)，洞口防護(hù)完成后再進(jìn)行洞身開(kāi)挖，同時(shí)，對(duì)雙洞嚴(yán)格控制作業(yè)面間距，并及時(shí)進(jìn)行錨噴支護(hù)。