泉三高速公路新岭格隧道洞内塌方原因分析与处理

闫 峰

（太原高速公路分公司，山西 太原 030027）

泉三高速公路是国家规划的重点干线公路“泉州至南宁”横线和“长春至深圳”纵线的重要组成部分。南接沈海高速公路福厦线，北连长深高速三明段。它的建成有利于完善全国“五纵七横”国道主干线骨架网，缩短闽南“金三角”地区与华中地区之间的距离。项目显著特点：项目途经区域多属山岭重丘区，地形起伏变化大，水文、地质条件复杂，施工条件艰苦。

1 隧道基本情况及塌方情况介绍

新岭格隧道为泉三高速公路泉州段最长隧道，是该段的关键控制性工程，隧址区地形起伏变化大，水文、地质条件相当复杂[1]。

1.1 地理位置

隧道位于泉州市永春县锦斗镇新岭格与桂洋镇新岭头交界处，设计为分离式隧道，左线全长3158 m（ZK91+082—ZK94+240）， 右 线 全 长 3411.5 m（K90+830—K94+241.5），隧道最大埋深约325 m。隧道采用全射流风机纵向通风，电光照明。左线进口采用端墙式洞门，右线进口采用削竹式洞门，出口统一采用削竹式洞门，隧址区以凝灰熔岩为主，属于构造剥蚀中低山间夹侵蚀河谷微地貌。

1.2 地形地貌

隧道穿过新岭格、新岭头分水岭，与省道203呈小角度交叉。隧址区地形呈圆形或椭圆形圆丘，间夹缓坡形山间冲沟，沟谷与山脊呈波浪状起伏，一般坡度10°～30°，局部坡度较陡，自然斜坡较稳定，植被发育。

1.3 隧道工程地质条件

拟建隧道K91+800处有（F7）断裂通过，北西-南东向经过新岭格、新岭头向桂洋方向延伸至ZK94+300里程处，断裂走向335°，倾向245°，倾角85°，长约3200 m，断裂上下盘岩性为凝灰熔岩，断裂性质属压性逆断层。另外位于ZK93+250里程处有（F8）断裂南北向与（F7）断裂相交穿插，断裂走向270°，倾向360°，倾角80°，长约800 m，上下盘岩性为凝灰熔岩，断裂性质属张性正断层。受断裂影响，延东西向有多处构造破碎带，对隧道施工造成很大影响。

1.4 隧道洞内塌方发生

根据隧址区水文、地质条件可知，该隧道施工难度大，水文、地质条件复杂多变，施工期间随时可能发生塌方、变形等情况。隧道设计采用新奥法，4个洞口同时施工，隧道施工期间曾发生过大小塌方多次，其中右线出口端YK92+296处塌方比较典型，处理难度较大。塌方段落为下导坑开挖处，塌方处距离掌子面约有100多米，K92+296—K92+278段（大里程方向）初期支护右侧拱顶到拱脚初期支护完全损毁，同时导致K92+296—K92+299段初期支护拉裂，裂缝自拱脚起直达拱顶位置，大量的裂隙水从裂缝中流出，裂缝宽度约20 cm。从塌渣情况来看，围岩破碎，岩石表面有暗红色的水锈。塌腔顶部左侧存在一条斜向的软硬岩石分界线，右侧为强风化破碎围岩，左侧围岩稍好，岩性为凝灰熔岩。

2 塌方原因分析

隧址区水文、地质条件复杂多变，地质条件差，岩石破碎，掌子面存在夹泥现象，再加上地下水丰富，造成施工难度极大，极易发生塌方。本次塌方经多方现场勘察，一致认为造成此次塌方的主要原因为地质因素。

2.1 隧道工程地质条件差

该段围岩节理和裂隙极发育，从塌渣情况来看，围岩破碎，局部存在孤石，岩石表面有暗红色的水锈。塌腔顶部左侧存在一条斜向的软硬岩石分界线，右侧为强风化破碎围岩，左侧围岩稍好，如此差的围岩，对隧道施工必然造成很大的影响。

2.2 人为因素

对于围岩不好的段落，下导坑开挖长度、封闭时间一定要控制。下导坑开挖距离长，放炮再加机械作业，势必对上导坑初期支护、围岩造成很大的扰动。支护不及时、开挖后围岩暴露时间比较长、围岩风化严重，导致上导坑初期支护拱脚处失稳，再加上各工序之间没有合理地安排，更是加速了塌方的发生。

3 塌方处理方案的选择

隧道工程属于地下工程，施工期间可能发生各种危险情况，塌方是伴随隧道施工经常发生的事故，一旦发生，将会造成工期延误、工程费用大幅增加，更有甚者造成严重的机械损失、人员伤害等。塌方处理方案的合理确定尤为重要，如果处理不当，会留下严重的工程质量隐患，给项目后期运营期的维修、养护带来极大困难。

塌方处理通常采用的方案有：

a）塌方体积较小，根据塌腔的稳定情况，对塌渣进行清除，随即对塌腔进行喷射混凝土作业，架立构件支撑支顶[2]。

b）塌方体积较大，而且塌方一直在继续，塌腔不稳定，这种情况下，就要采取对塌腔封堵，对塌渣进行注浆加固，然后对塌方段重新开挖、支护、衬砌。

根据以上原则，针对该此塌方规模比较大，处理难度相当困难，具体处理方案是：为了防止塌方继续扩大，对塌方附近未破坏段落的初期支护进行临时支撑加固，对塌腔采用沙袋进行封堵，然后进行注浆、泵送混凝土作业，待加固完后重新开挖、支护、衬砌。

4 塌方处理具体方案、施工要点及注意事项

4.1 塌方处理具体方案

a）为防止塌方继续扩大，保证塌方段大里程方向左侧初期支护的安全，在K92+300—K92+308段按照纵向间距1 m设立I20a型钢临时护拱支撑，拱脚采用Φ22砂浆锚杆锁脚，对该段围岩采用Φ50小导管注浆加固，小导管长4.5 m，100×100 cm梅花型布置。

b）塌方地段由于拱顶不断有塌体掉落，没有施工条件，施工人员无法操作，故采取用洞渣对塌腔回填的施工方法。首先用洞渣、沙袋回填塌方段，并预留泵送混凝土管。对回填段落喷射C20混凝土（15 cm）封闭，Φ50小导管注浆加固，小导管长3.0 m，120×120 cm梅花型布置。

c）将塌腔用C20混凝土分层回填，由于塌腔较大，回填密实存在很大困难，根据以往塌方处理原则，要求回填厚度保证拱顶上部不小于3.0 m，然后对回填混凝土上部喷砂2.0 m厚作为缓冲层，防止塌腔掉块对衬砌的破坏。

d）塌腔处理完成进行开挖，开挖前先对塌腔一侧采用Φ50小导管超前支护，另外一侧的初期支护进行拆换，开挖进尺控制在0.5～0.8 m，支护采用I20a钢拱架，间距0.5 m，喷混厚度30 cm，开挖完成后应及时支护。如图1、图2。

图1 塌方处理立面示意图

图2 塌方处理纵面示意图

e）该段落根据初期支护情况应尽快进行二次衬砌，确保塌方段落的顺利完成。

4.2 处理过程中注意事项

为了保证隧道塌方处理的顺利完成，处理期间应注意以下几点。

4.2.1 加大注浆压力

由于塌腔内混凝土体积比较大，为了开挖过程中的安全，对塌渣的注浆要提高小导管的注浆压力（增大到1.0～2.0 MPa），使浆液快速扩散，塌渣充分固结，与塌腔混凝土形成整体。

4.2.2 加强监控量测工作

塌方段处理过程中应加强塌方前后衬砌的监控量测工作，随时掌握支护的变形情况，以便根据变形情况做出及时的应对措施。

4.2.3 加强安全防范工作

塌方施工过程中，安全工作尤为重要，在开挖、支护、加固、回填过程中，洞内灯光照明、安全防范措施要齐全，并设置专职的安全员观察支护变形情况，确保施工人员安全。

4.3 隧道施工防塌措施

塌方发生的原因多种多样，有地质因素，有人为因素，大多数塌方主要原因都是地质因素。针对地质因素强化施工管理、加强地质超前预报，是防止塌方事故发生的有效手段。不断提高和培养隧道专业工程技术人员在特殊地质条件下施工的应变能力和处理问题能力。

a）先排水 对隧址区地下水丰富段落，应提前采取必要的措施，尽可能降低水位，确保施工期间洞内的干燥，利于隧道施工[3]。

b）早探明 可采用超前钻孔、地质雷达、TSP等手段，做好超前地质预报工作，提前了解围岩变化、地下水含量及断层破碎带范围等情况，以便根据不同地质情况做出相应合理、有效、及时的处理方案。

c）短开挖 各部位开挖进尺要尽量缩短，特别是下导坑的开挖进尺，往往容易被施工队伍忽视，各工序之间应当合理安排，尽可能减少围岩暴露时间。

d）弱爆破 爆破是保障围岩稳定的重要因素，用浅、密炮眼，并严格控制用药量或用微差毫秒爆破。

e）强支护 针对围岩变化实际情况，设计上应优化支护参数，确保足够的支护强度。

f）快衬砌 初期支护必须紧跟掌子面，尽快封闭成环，根据初期支护变形及监控量测数据，必要时二衬也要尽快施作。

g）勤量测 应加强对围岩的监控量测，及时掌握围岩、支护的收敛和变形，发现变形或异常，及时采取有效的措施。

5 结语

本次塌方处治方案合理、措施得当、处理及时，塌方范围得到了有效控制，没有继续扩大。塌方处理过程中，在设计、施工、监理单位的全力配合下，施工单位认真领会塌方处理方案意图，精心安排施工中每个环节，安全、顺利地通过了塌方段，处理结果相当好。通过本次塌方处理，不难发现只要工程建设者们加强预防措施，施工过程中重要环节予以重视，大多数塌方的发生还是可以避免的。