巖溶、巖堆體山嶺公路隧道施工安全管理研究

王虎良，武玉清

（河北光太路橋工程集團(tuán)有限公司，河北邯鄲 065001）

1 引言

近年來(lái)，隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展和國(guó)家政策的進(jìn)一步優(yōu)化調(diào)整，山嶺公路隧道施工建設(shè)取得了舉世矚目的成果。在隧道施工中，巖溶、堆積體不良地質(zhì)區(qū)域更易發(fā)生安全事故；安全事故一旦發(fā)生，一般同時(shí)發(fā)生衍生災(zāi)害，其后果對(duì)家庭和諧、企業(yè)健康發(fā)展、社會(huì)穩(wěn)定均產(chǎn)生不良影響（尤其對(duì)個(gè)人家庭來(lái)說(shuō)通常是毀滅性打擊）[1]。如何做到巖溶、巖堆體山嶺公路隧道施工安全、確保參建人員“高高興興上班來(lái)，平平安安回家去”、確保企業(yè)和國(guó)家財(cái)產(chǎn)不受損失、確保青山綠水和藍(lán)天白云不受影響，是每一位公路隧道建設(shè)者必須切實(shí)履行的責(zé)任和義務(wù)。

2 巖溶、巖堆體地質(zhì)的特點(diǎn)

巖溶是持續(xù)性、侵蝕性運(yùn)動(dòng)的水對(duì)可溶性巖石（碳酸鹽巖、石膏、巖鹽等，山嶺公路隧道通常是碳酸鹽巖）進(jìn)行以化學(xué)溶蝕作用為主，流水的沖蝕、潛蝕和崩塌等機(jī)械作用為輔的地質(zhì)作用，以及由這些作用所形成的圍巖巖體的各種溶蝕形態(tài)的總稱(chēng)，巖溶區(qū)域地下水通常十分豐富[2]。

巖堆是巖體風(fēng)化、節(jié)理發(fā)育形成的碎塊，無(wú)膠結(jié)，經(jīng)水流或重力搬運(yùn)至坡腳下或山坡的松散堆積體，常見(jiàn)于近期強(qiáng)烈抬升活動(dòng)強(qiáng)烈的山區(qū)、物理風(fēng)化強(qiáng)、晝夜溫差大、比較干旱；沿大型斷層帶向斜、背斜區(qū)域亦可形成堆積體。巖堆體的工程特點(diǎn)是巖體強(qiáng)度低，遇水易崩解、軟化、自穩(wěn)定性差。

3 巖溶、巖堆體山嶺公路隧道施工常見(jiàn)的安全事故

因數(shù)據(jù)受限，現(xiàn)僅以2013—2021 年巖溶、巖堆體山嶺公路隧道施工事故檢索統(tǒng)計(jì)（見(jiàn)表1）為例分析巖溶、巖堆體山嶺公路隧道施工常見(jiàn)的安全事故。

表1 巖溶、巖堆體山嶺公路隧道施工事故檢索統(tǒng)計(jì)表

巖溶、巖堆體山嶺公路隧道施工常見(jiàn)的安全事故主要是坍塌、爆炸、巖溶引起的突水和突泥，其次是冒頂、火災(zāi)、中毒以及觸電、物體打擊、高空墜落和車(chē)輛機(jī)械傷害等。

4 巖溶、巖堆體山嶺公路隧道施工安全管理措施

4.1 預(yù)防坍塌事故的安全技術(shù)措施

巖堆體自穩(wěn)定性差，常常引發(fā)隧道坍塌，且規(guī)模較大，處理困難。隧道通過(guò)巖堆體時(shí)安全技術(shù)措施如下。

1）隧道堅(jiān)持執(zhí)行早進(jìn)晚出，不破壞堆體坡腳，必要時(shí)對(duì)坡腳采取抗滑樁、注漿或砌筑擋墻等措施予以加強(qiáng)加固。對(duì)邊坡做錨噴加固穩(wěn)定。

2）進(jìn)行地表注漿，膠結(jié)巖堆體，使之達(dá)到一定強(qiáng)度后再進(jìn)行開(kāi)挖。

3）單線(xiàn)隧道采用臺(tái)階法開(kāi)挖，臺(tái)階長(zhǎng)度控制在3～5 m。臺(tái)階開(kāi)挖中，上臺(tái)階開(kāi)挖采用環(huán)形開(kāi)挖預(yù)留核心土，下臺(tái)階兩側(cè)沿路線(xiàn)中線(xiàn)方向錯(cuò)開(kāi)開(kāi)挖，以防止隧道拱腳部位突發(fā)沉降引發(fā)塌方。

4）仰拱超前，二襯緊跟，開(kāi)挖面到二襯距離控制在30 m以?xún)?nèi)，隨挖隨撐，及時(shí)封閉。

5）在巖堆中打管棚振動(dòng)大、施工也困難，應(yīng)采用地表注漿輔助小導(dǎo)管超前支護(hù)。

6）巖堆由于垂直壓力大，宜采用強(qiáng)度高、剛度大的支護(hù)結(jié)構(gòu)。

7）除常規(guī)監(jiān)控量測(cè)外，應(yīng)增強(qiáng)鋼支撐應(yīng)力量測(cè)，以及時(shí)檢測(cè)鋼支撐受力狀態(tài)，及時(shí)采取措施[3]。

4.2 預(yù)防涌水突泥的安全技術(shù)措施

受季節(jié)雨水影響，地表水順裂隙下滲，巖溶隧道區(qū)域水壓力劇增、形成期間高壓富水狀態(tài)。另外，巖溶區(qū)域地下水通常非常水量豐富、水壓較大，隧道施工中極易破壞不透水，兩種情況均易發(fā)生高壓富水通過(guò)薄弱巖墻攜帶泥沙石極速涌向隧道內(nèi)部形成涌水突泥，造成嚴(yán)重后果，且施工控制難度很大。通過(guò)實(shí)踐和調(diào)研，若干經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)概括為：高壓富水巖溶區(qū)域隧道施工，必須進(jìn)行綜合地質(zhì)超前預(yù)報(bào)，通過(guò)遠(yuǎn)紅外探水及掌子面的超前鉆孔直接探測(cè)等途徑對(duì)涌水災(zāi)害進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和預(yù)報(bào)；防止涌水的基本思路是主動(dòng)預(yù)防、避免揭水，以防為主、上堵下排、以堵為輔、限量排放，采用泄水洞與含水溶洞連接，釋能降壓，盡量不改變地下水的徑流途徑。施工中務(wù)必遵循如下原則。

1）施工時(shí)，必須進(jìn)行綜合地質(zhì)的超前預(yù)報(bào)，切實(shí)掌握開(kāi)挖面前方的地質(zhì)情況，尤其是富水區(qū)、破碎帶及斷層、溶洞等，對(duì)發(fā)生涌水突泥災(zāi)害的可能性進(jìn)行科學(xué)、翔實(shí)預(yù)報(bào)。

2）采用鉆探+遠(yuǎn)紅外線(xiàn)+彈性波物探的方法重點(diǎn)探測(cè)：巖溶或富水帶的規(guī)模、填充性質(zhì)與形態(tài)、水量、水壓等。

3）巖溶區(qū)要采用高位選線(xiàn)，避開(kāi)高壓含水層；能采用分離式不采用小凈距和聯(lián)拱式隧道。

4）高壓富水巖溶區(qū)隧道應(yīng)采用縱向人字坡的雙向排水，設(shè)置泄水洞與溶洞連接，為避免發(fā)生新的災(zāi)害，不宜設(shè)置斜井或豎井。

5）不提倡全斷面帷幕注漿止水，應(yīng)采用周邊超前預(yù)注漿、徑向注漿。水量巨大時(shí)，應(yīng)增設(shè)迂回導(dǎo)洞排水降壓，配合主洞注漿，帶水作業(yè)，快速施工。

6）在高水壓大流量溶洞（直徑大于2 m）的隧道施工應(yīng)以排水為主，開(kāi)挖泄水洞，將巖溶水通過(guò)泄水洞排走。堅(jiān)持“排、堵結(jié)合，以排為主，上堵下排”的原則。

7）對(duì)于溶隙和溶管（直徑小于2 m）的充水巖溶，應(yīng)采用以堵水為主[4]。

8）根據(jù)探測(cè)的水壓大小，隧道開(kāi)挖面預(yù)留的防涌水安全巖墻厚度選擇為5～8 m，當(dāng)圍巖極度破碎時(shí)，該厚度還將增大[5]。

主要通過(guò)巖溶特性分析、臨近界面確定、相鄰洞室分隔、洞內(nèi)外排水規(guī)劃、專(zhuān)項(xiàng)高精度爆破設(shè)計(jì)、預(yù)警預(yù)報(bào)監(jiān)控、配套措施實(shí)施等措施，對(duì)高壓富水巖體堆溶腔進(jìn)行計(jì)劃翔實(shí)、目標(biāo)明確的精準(zhǔn)管控爆破，安全可靠地排除溶腔內(nèi)的地下水和或泥沙等物質(zhì)，從而人為釋放溶腔所存儲(chǔ)的公路隧道施工中不可控的巖體天然能量，確保溶腔內(nèi)的水土壓力降至零壓力，降低隧道施工及竣工運(yùn)營(yíng)階段中水土壓力對(duì)隧道結(jié)構(gòu)安全的影響。具體實(shí)施要點(diǎn)如下。

1）通過(guò)物探和鉆探的鉆進(jìn)速度、排渣情況、水量大小等特征的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)初步判斷掌子面前方存在發(fā)育溶腔，進(jìn)一步分析發(fā)育溶腔段的巖溶地質(zhì)特征、水文特征、規(guī)模特征、環(huán)境特征等巖溶特征參數(shù)，從而確定將2.5～3 m 的完整巖柱作為高壓富水填充溶腔段爆破前的掌子面預(yù)留安全臨界距離。

2）鉆孔中，嚴(yán)格控制掏槽眼的精度，各周邊眼相互平行，邊墻直線(xiàn)段炮眼先鉆上方標(biāo)準(zhǔn)眼、插上炮桿使邊墻眼在同一鉛錘線(xiàn)上，各炮眼底均垂直于隧道軸線(xiàn)的同一平面上、鉆孔深度根據(jù)掌子面的起伏凸加凹減，當(dāng)巖體節(jié)理、裂隙對(duì)鉆孔角度有影響時(shí)，可以稍微移動(dòng)孔位（頂眼左右移動(dòng)，幫眼上下移動(dòng)）。

3）裝藥前，按照爆破設(shè)計(jì)核對(duì)雷管段數(shù)、裝藥結(jié)構(gòu)、藥卷規(guī)格與藥量；裝藥時(shí)，藥卷盡量裝至孔底（但不得裝入溶腔內(nèi)，需保留30～40 cm 的阻隔段），起爆藥包用炮棍徐徐送入；所有炮眼30 cm 左右長(zhǎng)的炮泥嚴(yán)密封堵。

4）起爆順序?yàn)椋禾筒垩邸鷶U(kuò)槽眼→內(nèi)圈眼→周邊眼→底板眼；爆破網(wǎng)絡(luò)聯(lián)結(jié)檢查合格后掌子面附近撤離洞內(nèi)所有設(shè)備和人員，待發(fā)出起爆信號(hào)后爆破人員在安全位置點(diǎn)燃導(dǎo)火索起爆。

5）相關(guān)的專(zhuān)項(xiàng)安全設(shè)計(jì)。降雨量、涌水量、水壓力、地表水的水文監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)；安全進(jìn)洞條件設(shè)計(jì)；洞內(nèi)外預(yù)警監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)；進(jìn)洞觀察安全撤離路線(xiàn)設(shè)計(jì)；洞內(nèi)相鄰洞室分隔設(shè)計(jì)；洞內(nèi)排水路線(xiàn)設(shè)計(jì)；尤其是洞口及排水線(xiàn)路下游存在安全隱患的民房的洞外排水系統(tǒng)專(zhuān)項(xiàng)設(shè)計(jì)。

4.3 思想重視

態(tài)度決定高度，思想決定行動(dòng)。思想上重視是開(kāi)展安全生產(chǎn)的前提。生產(chǎn)過(guò)程中，管理者和操作者都應(yīng)深刻認(rèn)識(shí)到安全生產(chǎn)的目的和不踐行安全生產(chǎn)的危害。對(duì)于管理者而言，安全生產(chǎn)是責(zé)任、義務(wù)和使命，是考核全面履行合同承諾的一項(xiàng)重要指標(biāo)。對(duì)于操作者而言，安全生產(chǎn)是對(duì)家庭和企業(yè)的責(zé)任，是構(gòu)建和諧社會(huì)的根基。一旦發(fā)生安全生產(chǎn)事故，個(gè)人和企業(yè)均將受損。從安全在我心中、安全在我手中，全員參與，全程踐行。安全生產(chǎn)通過(guò)技術(shù)交底、教育培訓(xùn)學(xué)習(xí)等途徑可提高思想認(rèn)識(shí)。

4.4 其他措施

根據(jù)施工的具體情況制訂各事故應(yīng)急方案，建立健全各項(xiàng)安全制度，設(shè)置必要的警示標(biāo)志，嚴(yán)格遵守各項(xiàng)操作規(guī)程。為確保隧道施工安全，保證工程質(zhì)量，應(yīng)要求設(shè)計(jì)、監(jiān)理和施工各方加強(qiáng)相互溝通和協(xié)調(diào)工作，深入做好地質(zhì)勘察工作，正確選擇隧道施工方法。對(duì)隧道施工過(guò)程危險(xiǎn)、危害因素進(jìn)行辨識(shí)和確認(rèn)。在工程施工場(chǎng)地內(nèi)不得存放超過(guò)當(dāng)班用量的炸藥、雷管、汽油、柴油、油漆、稀料等易燃易爆物品。易燃、易爆物必須遠(yuǎn)離火源1 m 以上，嚴(yán)禁烘烤和陽(yáng)光曝曬；易燃、易爆品倉(cāng)庫(kù)應(yīng)加裝臨時(shí)避雷設(shè)備。隧道施工洞內(nèi)必須做好通風(fēng)排塵和有毒有害氣體的檢測(cè)。隨施工進(jìn)度，及時(shí)動(dòng)態(tài)地完善各項(xiàng)安全防護(hù)設(shè)施如防護(hù)擋墻、隔擋、隔欄、防護(hù)棚、支撐、強(qiáng)化管理對(duì)安全防護(hù)用品如安全帽、安全帶、安全網(wǎng)等的使用。惡劣和災(zāi)害天氣如雨季或暴雨后、大風(fēng)后、春季解凍后等，專(zhuān)職安全員要會(huì)同施工技術(shù)人員、作業(yè)隊(duì)長(zhǎng)等對(duì)重大危險(xiǎn)源逐一巡查、評(píng)估，兼職安全生產(chǎn)監(jiān)督管理人員要會(huì)同現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員、作業(yè)組長(zhǎng)等對(duì)自己作業(yè)范圍內(nèi)的一般危險(xiǎn)源進(jìn)行檢查、評(píng)估，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)落實(shí)解決。特種作業(yè)人員必須經(jīng)過(guò)培訓(xùn)、持證上崗。加強(qiáng)對(duì)全體人員的安全自我保護(hù)意識(shí)教育，使人人養(yǎng)成身處危險(xiǎn)地帶時(shí)刻小心謹(jǐn)慎的習(xí)慣?，F(xiàn)場(chǎng)專(zhuān)、兼職安全生產(chǎn)監(jiān)督管理人員，要加強(qiáng)安全防護(hù)設(shè)施巡查；現(xiàn)場(chǎng)施工員和安全員要經(jīng)常檢查正在施工的土石體或結(jié)構(gòu)物的穩(wěn)定性；材料保管員要經(jīng)常檢查所管理料堆的穩(wěn)定性；發(fā)現(xiàn)隱患及時(shí)落實(shí)解決。通過(guò)事故危險(xiǎn)性的講解、防止事故放生的對(duì)策措施、事故隱患的檢查方法、發(fā)生險(xiǎn)情時(shí)的應(yīng)急措施等方面進(jìn)行防止事故的培訓(xùn)和必要的演練。

5 結(jié)語(yǔ)

巖溶、巖堆體山嶺公路隧道施工，坍塌、涌水突泥極易發(fā)生，對(duì)此，需要做好相應(yīng)的安全管理措施，做好事前預(yù)防、事中落實(shí)以及事后處治的管控，通過(guò)思想上高度重視，措施上得當(dāng)有效，落實(shí)上執(zhí)行到位，避免違章、麻痹、不負(fù)責(zé)任等現(xiàn)象，安全事故隱患必將避免，個(gè)人、企業(yè)、國(guó)家3 個(gè)維度上的安全感和幸福感必將進(jìn)一步得到提升。