淺析蓮崗隧道施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及對(duì)策措施

李剛

摘要：文章結(jié)合深茂鐵路蓮崗隧道工程的具體情況，在施工圖階段風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的基礎(chǔ)上，綜合實(shí)施性施工組織設(shè)計(jì)對(duì)蓮崗隧道進(jìn)行評(píng)估并制定相應(yīng)的對(duì)策措施，主要側(cè)重于施工安全，重點(diǎn)對(duì)斷層破碎帶富水區(qū)、圍巖塌方、突水突泥等典型風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估。

關(guān)鍵詞：隧道工程；風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估；斷層破碎帶；富水區(qū)；圍巖塌方；突水突泥 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類(lèi)號(hào)：U455 文章編號(hào)：1009-2374（2017）07-0162-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.07.077

1 工程概述

蓮崗隧道起止樁號(hào)K151+867.81～K154+284，設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為2416.19m，最大埋深約252m，為單洞雙線隧道；隧址場(chǎng)區(qū)屬丘陵地貌。丘坡自然坡度20°～30°，植被發(fā)育，地面最大標(biāo)高306m，隧道最大埋深約252m。隧道右側(cè)60m外為長(zhǎng)坑水庫(kù)，溢洪道標(biāo)高36.7m，比隧道標(biāo)高低12～18m。

根據(jù)勘察揭示，隧道穿越場(chǎng)地的地層為第四系沖洪積碎石土（Q4）碎石土，中密，主要分布在隧道出口。下部為燕山期晚期花崗巖（γ5），按風(fēng)化程度可分為全、強(qiáng)、弱風(fēng)化三層。隧道Ⅴ級(jí)圍巖116.19m，占5.1%；Ⅳ級(jí)圍巖260m，占11.3%；Ⅲ級(jí)圍巖150m，占6.5%；Ⅱ級(jí)圍巖1771m，占77.1%。

蓮崗隧道洞身穿越多條斷層，多條節(jié)理裂隙密集帶。隧道場(chǎng)地地下水類(lèi)型主要為松散巖類(lèi)孔隙水及基巖裂隙水，地質(zhì)鉆深測(cè)出涌水量為1560m3/d，隧道單位長(zhǎng)度最大涌水量為2.01m3/d，最大涌水量達(dá)2364m3/d，屬弱富水區(qū)，在隧道開(kāi)挖后，由于卸荷、偏壓等效應(yīng)使地應(yīng)力重新分配，可能導(dǎo)致潛部裂隙張開(kāi)，其導(dǎo)水能力增強(qiáng)，易使地表水溪水漏失，流量減少。

隧址區(qū)內(nèi)主要不良地質(zhì)現(xiàn)象包括危巖落石等。

2 蓮崗隧道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估內(nèi)容和評(píng)估方法

2.1 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估程序

按照《鐵路隧道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與管理暫行規(guī)定》的要求，結(jié)合蓮崗隧道的實(shí)際情況，確定風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估基本程序如下：（1）施工前針對(duì)本隧道地質(zhì)資料，確定可能產(chǎn)生風(fēng)險(xiǎn)因素發(fā)生的概率和可能造成的損失；（2）確定風(fēng)險(xiǎn)因素對(duì)施工安全的影響程度，分析各風(fēng)險(xiǎn)因素的影響范圍；（3）對(duì)各風(fēng)險(xiǎn)因素的等級(jí)進(jìn)行定性分析，最終確定隧道施工風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)；（4）根據(jù)隧道風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)選擇最合理的施工方案、防護(hù)措施；（5）將風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估報(bào)告及防護(hù)措施報(bào)上級(jí)單位進(jìn)行審查，并提出修正意見(jiàn)；（6）經(jīng)過(guò)上級(jí)部門(mén)及相關(guān)專(zhuān)家的評(píng)審，完善風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估報(bào)告并嚴(yán)格執(zhí)行。

2.2 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估流程圖

2.3 評(píng)估內(nèi)容

根據(jù)蓮崗隧道的地質(zhì)成因，工期要求，現(xiàn)有施工水平，對(duì)洞門(mén)施工、隧道開(kāi)挖及支護(hù)，二次襯砌、隧道防排水、通風(fēng)等每一項(xiàng)工作進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，找出風(fēng)險(xiǎn)源。本次針對(duì)塌方（垮塌）、斷層涌水、進(jìn)洞風(fēng)險(xiǎn)、危巖落石等進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。

2.4 風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)體系

蓮崗隧道風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)體系見(jiàn)表2：

2.5 風(fēng)險(xiǎn)源清單表

根據(jù)設(shè)計(jì)和地勘資料分析蓮崗隧道風(fēng)險(xiǎn)類(lèi)型，可能產(chǎn)生風(fēng)險(xiǎn)的原因及風(fēng)險(xiǎn)源，可能產(chǎn)生的嚴(yán)重后果見(jiàn)“蓮崗隧道風(fēng)險(xiǎn)清單表”。

3 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

3.1 地質(zhì)勘探和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查資料

根據(jù)設(shè)計(jì)單位提供的地質(zhì)資，蓮崗隧道共有9條斷層（其中4條斷層與水庫(kù)連通）及兩個(gè)節(jié)理裂隙密集帶。隧道施工時(shí)，先采用地質(zhì)雷達(dá)儀、紅外線探水儀、地震波反射法和常規(guī)地質(zhì)法等儀器設(shè)備，分別對(duì)施工掌子面前方30～100m范圍內(nèi)的隧道圍巖進(jìn)行探測(cè)，對(duì)各種儀器所探測(cè)的前方圍巖情況、圍巖間水源補(bǔ)給、巖體內(nèi)涌水量大小及壓力等情況進(jìn)行綜合分析。同時(shí)通過(guò)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)發(fā)現(xiàn)圍巖中的軟弱夾層、異常帶和巖體破碎帶等，找出易坍塌、塌方段、可能產(chǎn)生的危巖落石段等風(fēng)險(xiǎn)事件。

3.2 地質(zhì)素描確定巖性，控制風(fēng)險(xiǎn)事件

地質(zhì)素描的目的，每次爆破后或掌子開(kāi)挖后，對(duì)掌握掌子面正面和側(cè)面進(jìn)行量測(cè)，及時(shí)掌握圍巖產(chǎn)狀、結(jié)構(gòu)、巖性、穩(wěn)定程度、是否存在危巖落石情況以及圍巖裂隙、不良?xì)怏w濃度等，繪制掌子面地質(zhì)素描圖和洞身地質(zhì)素描圖。當(dāng)初期支護(hù)完成后，檢查噴射混凝土是否開(kāi)裂和掉塊現(xiàn)象并做出記錄，施工中監(jiān)測(cè)地表水文狀態(tài)大小時(shí)間及形成的態(tài)勢(shì)，分析地表水對(duì)隧道施工對(duì)的影響，確定施工控制措施，根據(jù)地質(zhì)素描圖和監(jiān)測(cè)記錄掌握開(kāi)挖掌子面是否安全，施工方案是否得當(dāng)，積累施工資料和施工經(jīng)驗(yàn)。

3.3 TSP203超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)，控制風(fēng)險(xiǎn)事件

充分利用TSP203超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)，由于TSP203超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)具有高分辨率的隧道折射地震（微地震）勘探能力，可監(jiān)測(cè)斷裂和巖石強(qiáng)度降低地帶的圍巖狀況，其監(jiān)測(cè)距離150～300m內(nèi)。其目的是為了預(yù)測(cè)圍巖的物理特性和巖石類(lèi)型的變化、破碎帶、破裂區(qū)、陷穴的出現(xiàn)等，對(duì)施工方案及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)救或修改，確定安全的爆破方案，確定掘進(jìn)尺寸等。

3.4 地質(zhì)雷達(dá)預(yù)報(bào)，控制風(fēng)險(xiǎn)事件

應(yīng)用電磁波反射原理進(jìn)行探測(cè)。由于地質(zhì)雷達(dá)儀能隧道圍進(jìn)行短距離（30～40m以?xún)?nèi)）的監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)，并能精確分析巖性結(jié)構(gòu)變化情況。在施工過(guò)程中我們經(jīng)常采用地質(zhì)雷達(dá)作為探測(cè)隧道圍巖的補(bǔ)充手段，同時(shí)用以檢測(cè)二次初襯砌的質(zhì)量。

3.5 紅外探水，控制風(fēng)險(xiǎn)事件

紅外探水儀由于操作方便，能每20m測(cè)量一次。并且準(zhǔn)確率高，因此用它來(lái)監(jiān)測(cè)隧道圍巖是否存在裂隙水和涌水，但對(duì)水量、水壓等重要參數(shù)無(wú)法預(yù)報(bào)。

3.6 利用超前水平鉆探，控制風(fēng)險(xiǎn)事件

當(dāng)采用紅外探水儀探測(cè)到隧道掌子面前方存在涌水或裂隙水時(shí)，為了明確水量大小及壓力值則需要采用超前水平鉆探進(jìn)行探測(cè)，采用超前水平鉆探可以明確了解掌子面前方圍巖組成，巖性等資料，對(duì)圍巖級(jí)別的判斷提供有力依據(jù)，并對(duì)下一步施工方案的確定指明了方向。

3.7 隧道施工監(jiān)控量測(cè)，控制風(fēng)險(xiǎn)事件

按照《鐵路隧道監(jiān)控量測(cè)技術(shù)規(guī)范》（TB10121-2007）及“鐵建設(shè)【2010】120號(hào)”文的相關(guān)要求進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)。監(jiān)測(cè)各施工階段圍巖支護(hù)狀態(tài)、確保施工安全，超前地質(zhì)預(yù)制系統(tǒng)數(shù)據(jù)，對(duì)幫助確定安全合理的開(kāi)挖和支護(hù)方案起到了十分重要的作用，施工過(guò)程中的監(jiān)控測(cè)量數(shù)據(jù)，則是考量初期支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)是否安全合理的一個(gè)重要依據(jù)，同時(shí)也是考量二次襯砌和仰拱的施做時(shí)間的一個(gè)重要依據(jù)。

3.8 蓮崗隧道過(guò)程控制措施

在施工過(guò)程中，要更加注意單一超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的局限性，同時(shí)僅憑設(shè)計(jì)地質(zhì)勘探資料和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查資料進(jìn)行對(duì)比分析是不夠的，針對(duì)性地采用超前地質(zhì)預(yù)報(bào)監(jiān)測(cè)手段，綜合分析判斷圍巖的巖性、風(fēng)化程度、斷層位置及狀況、涌水量及涌水壓力等，確定合理的施工方案，并進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控，對(duì)不足的地方及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。

蓮崗隧道施工主要是針對(duì)坍塌、塌方，斷層涌水，危巖落石，環(huán)境影響等風(fēng)險(xiǎn)事件提出對(duì)策措施。

4 主要風(fēng)險(xiǎn)及對(duì)策措施

4.1 蓮崗隧道坍塌、塌方施工對(duì)策措施

蓮崗隧道經(jīng)地質(zhì)斷層破碎帶，且涌水量大，在隧道開(kāi)挖后極易產(chǎn)生坍塌、塌方現(xiàn)象，洞門(mén)施工時(shí)處理不當(dāng)也容易導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)坍塌。針對(duì)本隧道的施工特點(diǎn)，經(jīng)過(guò)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估后，將采用以下應(yīng)對(duì)措施：（1）明洞及洞門(mén)段地質(zhì)穩(wěn)定性差，開(kāi)挖時(shí)采用人工配合機(jī)械由上而下進(jìn)行。遇到較大孤石或少量硬質(zhì)巖時(shí)，風(fēng)鉆打眼、微藥量解體，風(fēng)鎬修鑿輪廓或非電控制光面爆破，不得擾動(dòng)邊坡，影響邊坡穩(wěn)定。洞門(mén)處棄碴采用裝載機(jī)或挖掘機(jī)裝車(chē)，然后運(yùn)輸?shù)江h(huán)保局規(guī)定卸碴地點(diǎn)卸車(chē)。邊坡開(kāi)挖前做好排水系統(tǒng)，開(kāi)挖坡度按設(shè)計(jì)圖實(shí)施，當(dāng)開(kāi)挖到洞口時(shí)施作洞門(mén)，開(kāi)成穩(wěn)定的進(jìn)洞狀態(tài)。結(jié)合邊坡地形穩(wěn)定程度，坡面用錨桿、鋼筋網(wǎng)、噴砼作為臨時(shí)防護(hù)，以確保施工安全；（2）明洞的防排水施工與隧道的排水側(cè)溝及洞頂?shù)慕?、排水設(shè)施統(tǒng)籌考慮，明洞外模拆除后及時(shí)施作防水涂料及墻后排水盲溝，在明、暗洞分界處設(shè)環(huán)向止水帶，洞門(mén)施工完成后，進(jìn)一步完善洞外排水系統(tǒng)，確保洞外安全，防止坍塌、塌方現(xiàn)象發(fā)生；（3）掌握圍巖的發(fā)展變形規(guī)律，確定安全的施工方案，嚴(yán)格按照工藝工法的要求進(jìn)行施工，嚴(yán)格控制爆破藥量，減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)，及時(shí)施工初期支護(hù)；（4）當(dāng)遇塌方體前進(jìn)行預(yù)支護(hù)，支護(hù)方法根據(jù)圍巖穩(wěn)定程度，采用注漿大管棚輔以注漿小導(dǎo)管或直接用注漿小導(dǎo)管注漿，穩(wěn)定塌方體。對(duì)塌方體采用短進(jìn)尺、分階段開(kāi)挖以策安全，對(duì)塌方體的支護(hù)做到隨挖隨支，以減少?lài)鷰r暴露時(shí)間；（5）塌方體段二次襯砌工作緊跟開(kāi)挖工作面進(jìn)行，力求盡早襯砌成環(huán)；（6）加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)頻率，及時(shí)發(fā)現(xiàn)圍巖變形，迅速采取有效的處理措施。

4.2 危巖落石的應(yīng)對(duì)措施

蓮崗隧道部分地質(zhì)巖性為巖體破碎，巖芯呈砂狀土狀，原巖結(jié)構(gòu)可辨，手捏易散、碎，浸水易軟化、崩解，常夾有球狀強(qiáng)～弱風(fēng)化孤石。危巖在外應(yīng)力的作用下常突然下落，危害性大，且性質(zhì)復(fù)雜極易造成危巖落石，危害施工安全。

危巖落石分布于蓮崗隧道洞口邊坡處，洞內(nèi)遇到圍巖破碎、堆積松散也容易產(chǎn)生危巖落石。

（1）在洞門(mén)外修筑排水設(shè)施，防止巖體被水浸泡，發(fā)生脫落。采用掛網(wǎng)+錨桿+噴射混凝土防護(hù)；（2）開(kāi)挖時(shí)，對(duì)洞內(nèi)不穩(wěn)定的危巖落石及時(shí)清理干凈，及時(shí)支護(hù)，形成保護(hù)；（3）加強(qiáng)監(jiān)控監(jiān)測(cè)，確定危巖落石的面積和范圍，及時(shí)防護(hù)確保安全。

4.3 蓮崗隧道斷層富水地段施工控制措施

本隧道存在斷層富水地段，極易產(chǎn)生突然涌水、涌泥現(xiàn)象危及施工安全，在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中將本隧道斷層涌水施工方案進(jìn)行重點(diǎn)評(píng)估。

（1）采用超前地質(zhì)預(yù)報(bào)手段和通過(guò)正洞已開(kāi)挖地段實(shí)測(cè)涌水量來(lái)推斷未開(kāi)挖地段的涌水量；（2）超前水平鉆孔：當(dāng)采用物探法探測(cè)前方有可能出現(xiàn)突泥、突水時(shí)，利用水平鉆機(jī)鉆孔，探水孔直徑一般為50～120mm，鉆孔外插角為10°，每次鉆進(jìn)20～30m，保留5m止?jié){盤(pán)巖，暫時(shí)封閉水量較小的探孔，只留一個(gè)噴距最大的探孔量測(cè)噴出水的距離；（3）斷層、富水地段的施工原則。斷層、富水地段施工原則為“以堵為主、限量排放”，有效堵塞滲水通道，降低圍巖的滲水能力，確保隧道施工安全和施工質(zhì)量；（4）探水及注漿。采用超前鉆探探測(cè)水量。根據(jù)探水孔涌水量及涌水壓力大小決定注漿止水的施工方法；（5）全斷面帷幕注漿止水。當(dāng)接近斷層破碎帶且水量較大可能發(fā)生突水地段時(shí)，采用超前帷幕預(yù)注漿和開(kāi)挖后徑向補(bǔ)充注漿形式封堵地下水流。超前帷幕注漿的注漿范圍為襯砌外5m或8m，單孔注漿漿液擴(kuò)散半徑為4m。超前注漿每一循環(huán)注漿長(zhǎng)度為30m，開(kāi)挖22m，保留8m止?jié){巖盤(pán)。

壓力注漿按先外圈后內(nèi)圈、先下后上、先疏后密的順序，分批進(jìn)行，同一圈孔間隔施工。巖層破碎容易造成坍孔時(shí)采用分段前進(jìn)式注漿，為避免鉆孔串漿，可以鉆一孔注一孔。

4.4 蓮崗隧道環(huán)境影響施工控制措施

施工中根據(jù)蓮崗隧道施工可能對(duì)環(huán)境造成的不利影響，制定了詳細(xì)的施工方案，在施工過(guò)程中將嚴(yán)格按照施工方案進(jìn)行施工。

5 結(jié)語(yǔ)

蓮崗隧道是深茂鐵路的重難點(diǎn)工程，隧道洞身穿越多條斷層，多條節(jié)理裂隙密集帶，在隧道開(kāi)挖后，由于卸荷、偏壓等效應(yīng)使地應(yīng)力重新分配，可能導(dǎo)致潛部裂隙張開(kāi)，其導(dǎo)水能力增強(qiáng)，易使地表水溪水漏失，流量減少。此外，蓮崗隧道長(zhǎng)度較大。綜上所述，蓮崗隧道風(fēng)險(xiǎn)較高。所以，在施工過(guò)程中，通過(guò)加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)，及時(shí)掌握圍巖以及支護(hù)的狀態(tài)等措施盡可能保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，保障施工安全，確保隧道工程質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1] 杜立新，王慶林.淺談蘭渝鐵路隧道四大高風(fēng)險(xiǎn)源及應(yīng)對(duì)措施[J].現(xiàn)代隧道技術(shù)，2011，48（2）.

[2] 魏龍海，賈媛媛.黑山門(mén)隧道安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研究[J].廣東公路交通，2011，（1）.

[3] 劉靖，艾智勇，蘇輝.山嶺隧道新奧法施工過(guò)程動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估[J].同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2012，40（8）.

[4] 徐慧芬，魏龍海，路軍富.梅花箐隧道安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研究[J].路基工程，2011，（5）.

[5] 陳紹華.關(guān)角隧道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估[J].現(xiàn)代隧道技術(shù)，2009，46（6）.

[6] 陳赤坤，鄭長(zhǎng)青，曹磊.鐵路隧道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系的研究和探討[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2007，（z1）.

（責(zé)任編輯：小 燕）