张石高速公路太平梁隧道塌方原因分析及其处治

魏志华 贾骥峰 王子立

摘要：在遭受岩浆活动剧烈影响的隧址区进行隧道施工，强风化软弱破碎岩脉接触带往往是塌方等地质灾害的高发区段。以张石高速公路保定段太平梁隧道塌方为例，分析了强风化软弱破碎带隧道塌方发生的主要原因，提出了对该塌方的处理方案，并对今后预防该类塌方提供了建议。

关键词：张石高速公路隧道强风化软弱破碎带塌方

中图分类号：U412.36+6文献标识码：A 文章编号：

目前我国正处于高速公路的快速建设阶段，隧道工程是高速公路的主要组成部分，隧道开挖中各种地质灾害问题复杂多样。当隧道掘进至强风化软弱破碎带时，围岩自稳能力往往很差，必须遵循新奥法“短进尺、弱爆破、早封闭、紧喷锚、勤量测”的施工原则，否则极易引起冒顶或塌方等地质灾害事故，危及施工人员的生命安全，同时损坏施工机具。结合已经贯通的张石高速公路保定段太平梁隧道左幅张家口端的塌方事件，分析了该塌方发生的主要原因，对该次隧道塌方事件提出了相关的处理方案，同时对今后预防类似塌方事件的发生提出了建议。

1工程简介

张（家口）石（家庄）高速公路是河北省高速公路网布局规划“五纵、六横、七条线”中“纵五”的一部分，也是河北省公路网主骨架中冀西北地区南北向的唯一高速公路。其中太平梁隧道采用双向四车道高速公路标准建设，设计行车速度为100 km/h。左幅全长1820 m，右幅全长1918 m，隧道最大埋深约258m。隧道最大开挖宽度约15.4m，开挖高度约11.9m。

在地形地貌方面，隧址区位于太行山中山区，山脉走向为北东向，洞身段山体陡峻，进口端因冲沟切割地形变缓，出口端地形陡峻基岩出露。山体地面海拔高程介于658~923m之间，相对高差近267m。

在地质构造于地层岩性方面，隧址区位于中朝准地台太行山断隆东端，涞源断陷盆地东侧台拱，岩浆活动频繁，岩脉侵入穿插强烈。隧址区除局部缓坡及沟谷处堆积第四系全新统坡崩积层及坡洪积层外，大部分地段基岩裸露。左幅隧道在LK61+720以西分布凝灰角砾岩，以东分布安山岩，二者以闪长岩脉分界，隧道出口区为燕山期花岗岩。

2塌方情况

2010年9月8日，太平梁隧道左幅张家口端按II级围岩施工至LK61+408处，正常爆破一个循环后，掌子面及拱顶发生塌方和涌水，塌方石渣堆满整个断面，并向后方延伸近20米（图1）。塌方岩石均为强风化破碎的凝灰角砾岩、水和水融岩体，坍塌体内涌水量较大。自9月8日凌晨3点爆破后开始突水至9月9日下午2点，掌子面后方水位已达2米高，纵向延伸至后方150米长，人员、机械均难以进入。

图1塌方情况实拍

塌方发生前，该隧道一直按Ⅱ级支护参数进行开挖支护，初期支护参数如下：

1、Φ22早强水泥砂浆锚杆（局部）：设计长度2.5m，纵环向间距120×120cm；

2、C25喷射混凝土：设计厚度为8cm；

3、6.5钢筋网（局部）：网格设计间距25×25cm；

3 塌方原因分析

该次塌方发生后，对其发生原因进行了现场调查与分析，认为该次塌方发生的主要原因归结于以下两个方面。

该隧址区在地质历史上曾遭受过频繁的岩浆活动，岩脉侵入穿插强烈。在岩脉未穿插区段围岩质量一般较好，但在岩脉穿插部位，岩体质量相对较差，尤其是岩脉与被穿插岩体的接触部位，围岩往往破碎程度很高，岩体富水性和透水性很强，导致岩石强风化甚至全风化，强度极低甚至完全丧失强度，自稳性很差。

另外，该洞口在塌方发生之前一直按照Ⅱ级进行开挖支护，主观上认为掌子面前方围岩质量亦不会太差，并没有对常规地质超前预报的各项数据进行认真的系统分析。因此，对地质超前预报重要性的忽略也与该次塌方的发生具有一定的相关性。

4 塌方处理方案

根据本次塌方的实际地质情况，对该塌方制定以下处理方案或措施（图2）。

图2 塌方处理方案示意图

4.1抽排洞内积水

针对洞内严重的积水，从9月9日开始采用多台水泵24小时不间断抽水。截止到9月15日，洞内存水基本抽净，但掌子面还在持续流水，不过流速变慢，故在后方挖设汇水坑和中心排水沟槽排水，保证塌方处理工作面不积水。

4.2架设护拱

在清除洞内塌落石渣至LK61+396开始，采用18号工字钢对已开挖洞段进行护拱加强支护，护拱加强段截止到LK61+403。该方案中需保证工字钢护拱坐落于稳定的基岩之上并与初衬密贴。工字钢护拱与初衬之间的缝隙采用喷射混凝土充填密实。

4.3塌方段后加强支护

对于塌方段后LK61+403~408共5m区段，为了防止塌方范围进一步扩大，同时为后续塌方处理提供安全的操作空间，对该区段采用V级深埋的参数进行加强支护。

4.4封闭坍塌腔体

为了对塌腔进行灌浆回填，需将塌腔进行封闭。首先对塌渣表面进行喷射混凝土加以固结，然后对塌腔与下方塌渣之间的空隙进行封闭。在封闭前预留注浆管，注浆管伸入塌腔空洞越高越好，封闭面外漏管端头，用于接送砼泵。

4.5充填塌腔

采用混凝土输送泵向塌腔内泵送C25混凝土,泵送混凝土要分层进行，每次宜控制在1米左右，层层之间要有一定的停顿时间，保证前层混凝土形成一定强度后才进行后层混凝土浇筑。对其它未出现塌腔空洞或混凝土难以注入处，经潜孔钻成孔，通过所钻注浆孔向孔内采用砼输送泵泵送M20水泥砂浆。填充砼与砂浆层共不少于3米厚，其上空洞采用吹沙填充处理。

4.6开挖坍塌体

按照原设计Ⅴ级深埋的参数开挖坍塌体。首先对拱部范围渣体进行开挖支护，开挖范围不宜小于拱部100°，然后及时对下部剩余渣体出渣，最后把上部工字钢向下顺接，形成闭合。

4.7塌方段前加强支护过渡

塌方段度过后，即使掌子面处围岩质量比塌方段有明显好转，但为了保证后续开挖的安全性，在塌方段前方10m范围内亦采用Ⅴ级深埋的参数进行加强支护过渡。

采用以上处理方案，该塌方历时一月左右即处理完毕，之后塌方段围岩变形监测资料显示该次塌方按上述方案处理是正确可靠的。

5 结语

尽管塌方在隧道施工过程中不可避免，但对太平梁隧道这次塌方事件发生原因的分析，可以为今后类似洞段隧道工程的施工积累以下一些经验。

在地质历史上曾遭受过频繁岩浆活动的地区，岩脉侵入穿插强烈。在岩脉穿插部位，岩体质量相对较差，尤其是岩脉与被穿插岩体的接触部位，围岩往往很破碎，且地下水丰富，岩石强风化甚至全风化，强度极低甚至完全丧失强度，自稳性很差。在此类地段进行隧洞施工，必须遵循“短进尺、弱爆破、紧喷锚、强支护、勤量测”的新奥法施工原则进行施工。

同时，在相对未受岩脉影响区段，虽然围岩质量较好，但决不能认为掌子面前方的未开挖段围岩质量亦好，从而麻痹大意。对此，即使围岩较好，常规地质超前预报工作的重要性还是不能忽略的。

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