泉三高速公路新嶺格隧道洞內塌方原因分析與處理

閆 峰

（太原高速公路分公司，山西 太原 030027）

泉三高速公路是國家規劃的重點干線公路“泉州至南寧”橫線和“長春至深圳”縱線的重要組成部分。南接沈海高速公路福廈線，北連長深高速三明段。它的建成有利于完善全國“五縱七橫”國道主干線骨架網，縮短閩南“金三角”地區與華中地區之間的距離。項目顯著特點：項目途經區域多屬山嶺重丘區，地形起伏變化大，水文、地質條件復雜，施工條件艱苦。

1 隧道基本情況及塌方情況介紹

新嶺格隧道為泉三高速公路泉州段最長隧道，是該段的關鍵控制性工程，隧址區地形起伏變化大，水文、地質條件相當復雜[1]。

1.1 地理位置

隧道位于泉州市永春縣錦斗鎮新嶺格與桂洋鎮新嶺頭交界處，設計為分離式隧道，左線全長3158 m（ZK91+082—ZK94+240）， 右 線 全 長 3411.5 m（K90+830—K94+241.5），隧道最大埋深約325 m。隧道采用全射流風機縱向通風，電光照明。左線進口采用端墻式洞門，右線進口采用削竹式洞門，出口統一采用削竹式洞門，隧址區以凝灰熔巖為主，屬于構造剝蝕中低山間夾侵蝕河谷微地貌。

1.2 地形地貌

隧道穿過新嶺格、新嶺頭分水嶺，與省道203呈小角度交叉。隧址區地形呈圓形或橢圓形圓丘，間夾緩坡形山間沖溝，溝谷與山脊呈波浪狀起伏，一般坡度10°～30°，局部坡度較陡，自然斜坡較穩定，植被發育。

1.3 隧道工程地質條件

擬建隧道K91+800處有（F7）斷裂通過，北西-南東向經過新嶺格、新嶺頭向桂洋方向延伸至ZK94+300里程處，斷裂走向335°，傾向245°，傾角85°，長約3200 m，斷裂上下盤巖性為凝灰熔巖，斷裂性質屬壓性逆斷層。另外位于ZK93+250里程處有（F8）斷裂南北向與（F7）斷裂相交穿插，斷裂走向270°，傾向360°，傾角80°，長約800 m，上下盤巖性為凝灰熔巖，斷裂性質屬張性正斷層。受斷裂影響，延東西向有多處構造破碎帶，對隧道施工造成很大影響。

1.4 隧道洞內塌方發生

根據隧址區水文、地質條件可知，該隧道施工難度大，水文、地質條件復雜多變，施工期間隨時可能發生塌方、變形等情況。隧道設計采用新奧法，4個洞口同時施工，隧道施工期間曾發生過大小塌方多次，其中右線出口端YK92+296處塌方比較典型，處理難度較大。塌方段落為下導坑開挖處，塌方處距離掌子面約有100多米，K92+296—K92+278段（大里程方向）初期支護右側拱頂到拱腳初期支護完全損毀，同時導致K92+296—K92+299段初期支護拉裂，裂縫自拱腳起直達拱頂位置，大量的裂隙水從裂縫中流出，裂縫寬度約20 cm。從塌渣情況來看，圍巖破碎，巖石表面有暗紅色的水銹。塌腔頂部左側存在一條斜向的軟硬巖石分界線，右側為強風化破碎圍巖，左側圍巖稍好，巖性為凝灰熔巖。

2 塌方原因分析

隧址區水文、地質條件復雜多變，地質條件差，巖石破碎，掌子面存在夾泥現象，再加上地下水豐富，造成施工難度極大，極易發生塌方。本次塌方經多方現場勘察，一致認為造成此次塌方的主要原因為地質因素。

2.1 隧道工程地質條件差

該段圍巖節理和裂隙極發育，從塌渣情況來看，圍巖破碎，局部存在孤石，巖石表面有暗紅色的水銹。塌腔頂部左側存在一條斜向的軟硬巖石分界線，右側為強風化破碎圍巖，左側圍巖稍好，如此差的圍巖，對隧道施工必然造成很大的影響。

2.2 人為因素

對于圍巖不好的段落，下導坑開挖長度、封閉時間一定要控制。下導坑開挖距離長，放炮再加機械作業，勢必對上導坑初期支護、圍巖造成很大的擾動。支護不及時、開挖后圍巖暴露時間比較長、圍巖風化嚴重，導致上導坑初期支護拱腳處失穩，再加上各工序之間沒有合理地安排，更是加速了塌方的發生。

3 塌方處理方案的選擇

隧道工程屬于地下工程，施工期間可能發生各種危險情況，塌方是伴隨隧道施工經常發生的事故，一旦發生，將會造成工期延誤、工程費用大幅增加，更有甚者造成嚴重的機械損失、人員傷害等。塌方處理方案的合理確定尤為重要，如果處理不當，會留下嚴重的工程質量隱患，給項目后期運營期的維修、養護帶來極大困難。

塌方處理通常采用的方案有：

a）塌方體積較小，根據塌腔的穩定情況，對塌渣進行清除，隨即對塌腔進行噴射混凝土作業，架立構件支撐支頂[2]。

b）塌方體積較大，而且塌方一直在繼續，塌腔不穩定，這種情況下，就要采取對塌腔封堵，對塌渣進行注漿加固，然后對塌方段重新開挖、支護、襯砌。

根據以上原則，針對該此塌方規模比較大，處理難度相當困難，具體處理方案是：為了防止塌方繼續擴大，對塌方附近未破壞段落的初期支護進行臨時支撐加固，對塌腔采用沙袋進行封堵，然后進行注漿、泵送混凝土作業，待加固完后重新開挖、支護、襯砌。

4 塌方處理具體方案、施工要點及注意事項

4.1 塌方處理具體方案

a）為防止塌方繼續擴大，保證塌方段大里程方向左側初期支護的安全，在K92+300—K92+308段按照縱向間距1 m設立I20a型鋼臨時護拱支撐，拱腳采用Φ22砂漿錨桿鎖腳，對該段圍巖采用Φ50小導管注漿加固，小導管長4.5 m，100×100 cm梅花型布置。

b）塌方地段由于拱頂不斷有塌體掉落，沒有施工條件，施工人員無法操作，故采取用洞渣對塌腔回填的施工方法。首先用洞渣、沙袋回填塌方段，并預留泵送混凝土管。對回填段落噴射C20混凝土（15 cm）封閉，Φ50小導管注漿加固，小導管長3.0 m，120×120 cm梅花型布置。

c）將塌腔用C20混凝土分層回填，由于塌腔較大，回填密實存在很大困難，根據以往塌方處理原則，要求回填厚度保證拱頂上部不小于3.0 m，然后對回填混凝土上部噴砂2.0 m厚作為緩沖層，防止塌腔掉塊對襯砌的破壞。

d）塌腔處理完成進行開挖，開挖前先對塌腔一側采用Φ50小導管超前支護，另外一側的初期支護進行拆換，開挖進尺控制在0.5～0.8 m，支護采用I20a鋼拱架，間距0.5 m，噴混厚度30 cm，開挖完成后應及時支護。如圖1、圖2。

圖1 塌方處理立面示意圖

圖2 塌方處理縱面示意圖

e）該段落根據初期支護情況應盡快進行二次襯砌，確保塌方段落的順利完成。

4.2 處理過程中注意事項

為了保證隧道塌方處理的順利完成，處理期間應注意以下幾點。

4.2.1 加大注漿壓力

由于塌腔內混凝土體積比較大，為了開挖過程中的安全，對塌渣的注漿要提高小導管的注漿壓力（增大到1.0～2.0 MPa），使漿液快速擴散，塌渣充分固結，與塌腔混凝土形成整體。

4.2.2 加強監控量測工作

塌方段處理過程中應加強塌方前后襯砌的監控量測工作，隨時掌握支護的變形情況，以便根據變形情況做出及時的應對措施。

4.2.3 加強安全防范工作

塌方施工過程中，安全工作尤為重要，在開挖、支護、加固、回填過程中，洞內燈光照明、安全防范措施要齊全，并設置專職的安全員觀察支護變形情況，確保施工人員安全。

4.3 隧道施工防塌措施

塌方發生的原因多種多樣，有地質因素，有人為因素，大多數塌方主要原因都是地質因素。針對地質因素強化施工管理、加強地質超前預報，是防止塌方事故發生的有效手段。不斷提高和培養隧道專業工程技術人員在特殊地質條件下施工的應變能力和處理問題能力。

a）先排水 對隧址區地下水豐富段落，應提前采取必要的措施，盡可能降低水位，確保施工期間洞內的干燥，利于隧道施工[3]。

b）早探明 可采用超前鉆孔、地質雷達、TSP等手段，做好超前地質預報工作，提前了解圍巖變化、地下水含量及斷層破碎帶范圍等情況，以便根據不同地質情況做出相應合理、有效、及時的處理方案。

c）短開挖 各部位開挖進尺要盡量縮短，特別是下導坑的開挖進尺，往往容易被施工隊伍忽視，各工序之間應當合理安排，盡可能減少圍巖暴露時間。

d）弱爆破 爆破是保障圍巖穩定的重要因素，用淺、密炮眼，并嚴格控制用藥量或用微差毫秒爆破。

e）強支護 針對圍巖變化實際情況，設計上應優化支護參數，確保足夠的支護強度。

f）快襯砌 初期支護必須緊跟掌子面，盡快封閉成環，根據初期支護變形及監控量測數據，必要時二襯也要盡快施作。

g）勤量測 應加強對圍巖的監控量測，及時掌握圍巖、支護的收斂和變形，發現變形或異常，及時采取有效的措施。

5 結語

本次塌方處治方案合理、措施得當、處理及時，塌方范圍得到了有效控制，沒有繼續擴大。塌方處理過程中，在設計、施工、監理單位的全力配合下，施工單位認真領會塌方處理方案意圖，精心安排施工中每個環節，安全、順利地通過了塌方段，處理結果相當好。通過本次塌方處理，不難發現只要工程建設者們加強預防措施，施工過程中重要環節予以重視，大多數塌方的發生還是可以避免的。