李剛

摘要：文章結合深茂鐵路蓮崗隧道工程的具體情況，在施工圖階段風險評估的基礎上，綜合實施性施工組織設計對蓮崗隧道進行評估并制定相應的對策措施，主要側重于施工安全，重點對斷層破碎帶富水區(qū)、圍巖塌方、突水突泥等典型風險進行評估。

關鍵詞：隧道工程；風險評估；斷層破碎帶；富水區(qū)；圍巖塌方；突水突泥 文獻標識碼：A

中圖分類號：U455 文章編號：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K151+867.81～K154+284，設計長度為2416.19m，最大埋深約252m，為單洞雙線隧道；隧址場區(qū)屬丘陵地貌。丘坡自然坡度20°～30°，植被發(fā)育，地面最大標高306m，隧道最大埋深約252m。隧道右側60m外為長坑水庫，溢洪道標高36.7m，比隧道標高低12～18m。

根據勘察揭示，隧道穿越場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），按風化程度可分為全、強、弱風化三層。隧道Ⅴ級圍巖116.19m，占5.1%；Ⅳ級圍巖260m，占11.3%；Ⅲ級圍巖150m，占6.5%；Ⅱ級圍巖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。隧道場地地下水類型主要為松散巖類孔隙水及基巖裂隙水，地質鉆深測出涌水量為1560m3/d，隧道單位長度最大涌水量為2.01m3/d，最大涌水量達2364m3/d，屬弱富水區(qū)，在隧道開挖后，由于卸荷、偏壓等效應使地應力重新分配，可能導致潛部裂隙張開，其導水能力增強，易使地表水溪水漏失，流量減少。

隧址區(qū)內主要不良地質現象包括危巖落石等。

2 蓮崗隧道風險評估內容和評估方法

2.1 風險評估程序

按照《鐵路隧道風險評估與管理暫行規(guī)定》的要求，結合蓮崗隧道的實際情況，確定風險評估基本程序如下：（1）施工前針對本隧道地質資料，確定可能產生風險因素發(fā)生的概率和可能造成的損失；（2）確定風險因素對施工安全的影響程度，分析各風險因素的影響范圍；（3）對各風險因素的等級進行定性分析，最終確定隧道施工風險等級；（4）根據隧道風險等級選擇最合理的施工方案、防護措施；（5）將風險評估報告及防護措施報上級單位進行審查，并提出修正意見；（6）經過上級部門及相關專家的評審，完善風險評估報告并嚴格執(zhí)行。

2.2 風險評估流程圖

2.3 評估內容

根據蓮崗隧道的地質成因，工期要求，現有施工水平，對洞門施工、隧道開挖及支護，二次襯砌、隧道防排水、通風等每一項工作進行風險評估，找出風險源。本次針對塌方（垮塌）、斷層涌水、進洞風險、危巖落石等進行風險評估。

2.4 風險指標體系

蓮崗隧道風險指標體系見表2：

2.5 風險源清單表

根據設計和地勘資料分析蓮崗隧道風險類型，可能產生風險的原因及風險源，可能產生的嚴重后果見“蓮崗隧道風險清單表”。

3 超前地質預報與風險評估

3.1 地質勘探和現場調查資料

根據設計單位提供的地質資，蓮崗隧道共有9條斷層（其中4條斷層與水庫連通）及兩個節(jié)理裂隙密集帶。隧道施工時，先采用地質雷達儀、紅外線探水儀、地震波反射法和常規(guī)地質法等儀器設備，分別對施工掌子面前方30～100m范圍內的隧道圍巖進行探測，對各種儀器所探測的前方圍巖情況、圍巖間水源補給、巖體內涌水量大小及壓力等情況進行綜合分析。同時通過超前地質預報發(fā)現圍巖中的軟弱夾層、異常帶和巖體破碎帶等，找出易坍塌、塌方段、可能產生的危巖落石段等風險事件。

3.2 地質素描確定巖性，控制風險事件

地質素描的目的，每次爆破后或掌子開挖后，對掌握掌子面正面和側面進行量測，及時掌握圍巖產狀、結構、巖性、穩(wěn)定程度、是否存在危巖落石情況以及圍巖裂隙、不良氣體濃度等，繪制掌子面地質素描圖和洞身地質素描圖。當初期支護完成后，檢查噴射混凝土是否開裂和掉塊現象并做出記錄，施工中監(jiān)測地表水文狀態(tài)大小時間及形成的態(tài)勢，分析地表水對隧道施工對的影響，確定施工控制措施，根據地質素描圖和監(jiān)測記錄掌握開挖掌子面是否安全，施工方案是否得當，積累施工資料和施工經驗。

3.3 TSP203超前地質預報系統，控制風險事件

充分利用TSP203超前地質預報系統，由于TSP203超前地質預報系統具有高分辨率的隧道折射地震（微地震）勘探能力，可監(jiān)測斷裂和巖石強度降低地帶的圍巖狀況，其監(jiān)測距離150～300m內。其目的是為了預測圍巖的物理特性和巖石類型的變化、破碎帶、破裂區(qū)、陷穴的出現等，對施工方案及時進行補救或修改，確定安全的爆破方案，確定掘進尺寸等。

3.4 地質雷達預報，控制風險事件

應用電磁波反射原理進行探測。由于地質雷達儀能隧道圍進行短距離（30～40m以內）的監(jiān)測預報，并能精確分析巖性結構變化情況。在施工過程中我們經常采用地質雷達作為探測隧道圍巖的補充手段，同時用以檢測二次初襯砌的質量。

3.5 紅外探水，控制風險事件

紅外探水儀由于操作方便，能每20m測量一次。并且準確率高，因此用它來監(jiān)測隧道圍巖是否存在裂隙水和涌水，但對水量、水壓等重要參數無法預報。

3.6 利用超前水平鉆探，控制風險事件

當采用紅外探水儀探測到隧道掌子面前方存在涌水或裂隙水時，為了明確水量大小及壓力值則需要采用超前水平鉆探進行探測，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，對圍巖級別的判斷提供有力依據，并對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，控制風險事件

按照《鐵路隧道監(jiān)控量測技術規(guī)范》（TB10121-2007）及“鐵建設【2010】120號”文的相關要求進行監(jiān)控量測。監(jiān)測各施工階段圍巖支護狀態(tài)、確保施工安全，超前地質預制系統數據，對幫助確定安全合理的開挖和支護方案起到了十分重要的作用，施工過程中的監(jiān)控測量數據，則是考量初期支護設計參數是否安全合理的一個重要依據，同時也是考量二次襯砌和仰拱的施做時間的一個重要依據。

3.8 蓮崗隧道過程控制措施

在施工過程中，要更加注意單一超前地質預報的局限性，同時僅憑設計地質勘探資料和現場調查資料進行對比分析是不夠的，針對性地采用超前地質預報監(jiān)測手段，綜合分析判斷圍巖的巖性、風化程度、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，并進行動態(tài)監(jiān)控，對不足的地方及時進行調整。

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

4 主要風險及對策措施

4.1 蓮崗隧道坍塌、塌方施工對策措施

蓮崗隧道經地質斷層破碎帶，且涌水量大，在隧道開挖后極易產生坍塌、塌方現象，洞門施工時處理不當也容易導致邊坡失穩(wěn)坍塌。針對本隧道的施工特點，經過風險評估后，將采用以下應對措施：（1）明洞及洞門段地質穩(wěn)定性差，開挖時采用人工配合機械由上而下進行。遇到較大孤石或少量硬質巖時，風鉆打眼、微藥量解體，風鎬修鑿輪廓或非電控制光面爆破，不得擾動邊坡，影響邊坡穩(wěn)定。洞門處棄碴采用裝載機或挖掘機裝車，然后運輸到環(huán)保局規(guī)定卸碴地點卸車。邊坡開挖前做好排水系統，開挖坡度按設計圖實施，當開挖到洞口時施作洞門，開成穩(wěn)定的進洞狀態(tài)。結合邊坡地形穩(wěn)定程度，坡面用錨桿、鋼筋網、噴砼作為臨時防護，以確保施工安全；（2）明洞的防排水施工與隧道的排水側溝及洞頂的截、排水設施統籌考慮，明洞外模拆除后及時施作防水涂料及墻后排水盲溝，在明、暗洞分界處設環(huán)向止水帶，洞門施工完成后，進一步完善洞外排水系統，確保洞外安全，防止坍塌、塌方現象發(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，嚴格按照工藝工法的要求進行施工，嚴格控制爆破藥量，減少對圍巖的擾動，及時施工初期支護；（4）當遇塌方體前進行預支護，支護方法根據圍巖穩(wěn)定程度，采用注漿大管棚輔以注漿小導管或直接用注漿小導管注漿，穩(wěn)定塌方體。對塌方體采用短進尺、分階段開挖以策安全，對塌方體的支護做到隨挖隨支，以減少圍巖暴露時間；（5）塌方體段二次襯砌工作緊跟開挖工作面進行，力求盡早襯砌成環(huán)；（6）加強監(jiān)控量測頻率，及時發(fā)現圍巖變形，迅速采取有效的處理措施。

4.2 危巖落石的應對措施

蓮崗隧道部分地質巖性為巖體破碎，巖芯呈砂狀土狀，原巖結構可辨，手捏易散、碎，浸水易軟化、崩解，常夾有球狀強～弱風化孤石。危巖在外應力的作用下常突然下落，危害性大，且性質復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，洞內遇到圍巖破碎、堆積松散也容易產生危巖落石。

（1）在洞門外修筑排水設施，防止巖體被水浸泡，發(fā)生脫落。采用掛網+錨桿+噴射混凝土防護；（2）開挖時，對洞內不穩(wěn)定的危巖落石及時清理干凈，及時支護，形成保護；（3）加強監(jiān)控監(jiān)測，確定危巖落石的面積和范圍，及時防護確保安全。

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，極易產生突然涌水、涌泥現象危及施工安全，在風險評估中將本隧道斷層涌水施工方案進行重點評估。

（1）采用超前地質預報手段和通過正洞已開挖地段實測涌水量來推斷未開挖地段的涌水量；（2）超前水平鉆孔：當采用物探法探測前方有可能出現突泥、突水時，利用水平鉆機鉆孔，探水孔直徑一般為50～120mm，鉆孔外插角為10°，每次鉆進20～30m，保留5m止?jié){盤巖，暫時封閉水量較小的探孔，只留一個噴距最大的探孔量測噴出水的距離；（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量；（4）探水及注漿。采用超前鉆探探測水量。根據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。當接近斷層破碎帶且水量較大可能發(fā)生突水地段時，采用超前帷幕預注漿和開挖后徑向補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，單孔注漿漿液擴散半徑為4m。超前注漿每一循環(huán)注漿長度為30m，開挖22m，保留8m止?jié){巖盤。

壓力注漿按先外圈后內圈、先下后上、先疏后密的順序，分批進行，同一圈孔間隔施工。巖層破碎容易造成坍孔時采用分段前進式注漿，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

施工中根據蓮崗隧道施工可能對環(huán)境造成的不利影響，制定了詳細的施工方案，在施工過程中將嚴格按照施工方案進行施工。

5 結語

蓮崗隧道是深茂鐵路的重難點工程，隧道洞身穿越多條斷層，多條節(jié)理裂隙密集帶，在隧道開挖后，由于卸荷、偏壓等效應使地應力重新分配，可能導致潛部裂隙張開，其導水能力增強，易使地表水溪水漏失，流量減少。此外，蓮崗隧道長度較大。綜上所述，蓮崗隧道風險較高。所以，在施工過程中，通過加強監(jiān)控量測，及時掌握圍巖以及支護的狀態(tài)等措施盡可能保證結構的穩(wěn)定性，保障施工安全，確保隧道工程質量。

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（責任編輯：小 燕）