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        山區(qū)高速公路巖溶隧道涌水突泥施工安全動態(tài)風(fēng)險評估

        2021-04-02 07:57:52周羿霖
        中國公路 2021年19期
        關(guān)鍵詞:水突泥質(zhì)區(qū)段

        周羿霖

        (湖南省芷銅高速公路建設(shè)開發(fā)有限公司,湖南 懷化 419100)

        近年來,隨著國家對高速公路建設(shè)的大力支持和投入,高速公路建設(shè)逐步從平原地區(qū)向山區(qū)發(fā)展。然而,山區(qū)高速修建面臨巖溶、瓦斯、泥石流、滑坡等多種不良地質(zhì)現(xiàn)象,導(dǎo)致隧道施工難度增大,風(fēng)險管控形勢嚴(yán)峻。我國西南和華南的山區(qū)廣泛存在巖溶地貌,由于前期地質(zhì)勘測的局限性,高速公路隧道在施工過程中不可避免需穿越富水夾泥巖溶地質(zhì)段,在開挖擾動下極易發(fā)生涌水突泥災(zāi)害,可能會影響施工進(jìn)度、破壞周邊環(huán)境,甚至危及隧道施工人員安全。因此,開展巖溶隧道施工安全風(fēng)險評估尤為重要。

        目前,高速公路隧道施工的風(fēng)險管控主要以交通運輸部的風(fēng)險評估指南為依據(jù),開展總體風(fēng)險評估和專項施工風(fēng)險評估,通過對風(fēng)險進(jìn)行評級實現(xiàn)分級管控。現(xiàn)階段對于高速公路的隧道施工安全風(fēng)險評估基本停留在施工前的專項評估階段,未能及時根據(jù)隧道施工過程中的地質(zhì)變化、設(shè)計變更和施工工藝改變等情況,及時對地質(zhì)變化復(fù)雜區(qū)段進(jìn)行動態(tài)風(fēng)險評估,導(dǎo)致風(fēng)險控制措施針對性不強(qiáng),風(fēng)險評估難以真正指導(dǎo)施工過程中的風(fēng)險管控。因此,開展山區(qū)高速公路施工安全動態(tài)風(fēng)險防控,進(jìn)行風(fēng)險源動態(tài)辨識、評估和控制工作,對于提高山區(qū)高速公路建設(shè)的安全管理水平,保障全過程的施工安全具有重要意義。

        一、評估流程及方法

        (一)評估流程

        施工安全動態(tài)風(fēng)險評估是建立在上一階段風(fēng)險評估結(jié)果的基礎(chǔ)上,結(jié)合設(shè)計圖紙、工程地質(zhì)資料、施工方案、現(xiàn)場情況等資料,將具體的施工區(qū)段劃分為評估單元,分別運用指標(biāo)體系法和專家調(diào)查法,對具體單元風(fēng)險發(fā)生可能性和事故嚴(yán)重性進(jìn)行分析,運用風(fēng)險矩陣法最終確定該單元的風(fēng)險等級。

        (二)評估方法

        隧道施工安全的動態(tài)風(fēng)險評估采用定量與定性相結(jié)合的方法,針對隧道施工的重大風(fēng)險源,參考交通運輸部《公路橋梁和隧道工程施工安全風(fēng)險評估指南(試行)》里推薦的指標(biāo)體系法,綜合考慮影響該風(fēng)險源的各項指標(biāo)評分,然后與風(fēng)險可能性等級標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對比確定風(fēng)險發(fā)生的可能性。隧道巖溶區(qū)段的重大風(fēng)險源主要是涌水突泥事故,評估指標(biāo)的根據(jù)包括巖溶的發(fā)育程度、是否存在斷層破碎帶,以及周圍水體情況。

        二、工程應(yīng)用實例

        (一)隧道概況

        某隧道為左、右分離式隧道。隧道左線全長3209m,起止樁號為ZK12+896~ZK16+105;右線全長3200m,起止樁號為K12+887~K16+087;隧址區(qū)屬山嶺重丘區(qū)中低山地貌,地表起伏較大,隧道最大埋深為350m。隧址區(qū)主要分布地層為三疊系下統(tǒng)大冶組白云質(zhì)灰?guī)r、灰?guī)r、二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M-大隆組灰?guī)r,二疊系下統(tǒng)茅口組灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、棲霞組灰?guī)r等,均為可溶巖。

        在施工過程中,當(dāng)隧道左洞掌子面掘進(jìn)至樁號ZK13+215處發(fā)現(xiàn)圍巖情況變差,巖層間夾雜泥質(zhì),局部揭露一小型溶洞,且充填泥質(zhì)。圍巖情況較設(shè)計情況差,ZK13+215~ZK13+330段涌水突泥風(fēng)險評估等級為Ⅱ級(中度)??紤]到該隧道巖溶段溶洞發(fā)育情況的復(fù)雜性和施工處治措施的差異性,需對該隧道巖溶區(qū)段的涌水突泥進(jìn)行動態(tài)風(fēng)險評估。

        (二)涌水突泥事故風(fēng)險評估

        根據(jù)該隧道的設(shè)計文件、超前預(yù)報結(jié)果判定和現(xiàn)場調(diào)查情況,從巖溶發(fā)育程度A、斷層破碎帶情況B、周圍水體情況C三個指標(biāo)進(jìn)行評分取值。

        巖溶發(fā)育程度方面:ZK13+215-ZK13+330段巖體巖性均為灰?guī)r,巖溶發(fā)育。

        斷層破碎帶方面:ZK13+290~ZK13+330段為溶溝,存在較大裂隙通道;其他施工區(qū)段不存在斷層破碎帶或較大裂隙。

        周圍水體情況:ZK13+290~ZK13+330段地表溶溝發(fā)育,隧道附近存在補(bǔ)給性水體;其余段不存在補(bǔ)給性水體。

        該隧道巖溶區(qū)段發(fā)生涌水突泥事故后,可能發(fā)生死亡3人以上、10人以下的較大事故,根據(jù)人員傷亡等級標(biāo)準(zhǔn),并結(jié)合事故經(jīng)濟(jì)損失,該事故嚴(yán)重程度等級為Ⅱ級(較大)。根據(jù)各區(qū)段涌水突泥事故的可能性和事故后果嚴(yán)重程度等級,確定各巖溶區(qū)段的風(fēng)險等級如表3所示。

        通過對ZK13+215~ZK13+330段開展動態(tài)風(fēng)險評估,其中ZK13+215~ZK13+290段涌水突泥評估等級為II級(中度),ZK13+290~ZK13+330段涌水突泥評估等級為III級(高度)。按照風(fēng)險接受準(zhǔn)則原則,專項風(fēng)險等級II級的屬“可接受風(fēng)險”,應(yīng)予以監(jiān)測;專項風(fēng)險等級為III級的屬“不期望風(fēng)險”,必須采取風(fēng)險處理措施降低該段落的施工風(fēng)險,同時須加強(qiáng)施工期間的監(jiān)測。結(jié)合本項目特點,該段落施工過程中應(yīng)重點做好風(fēng)險控制措施。

        1.施工時加強(qiáng)地質(zhì)超前預(yù)報,了解巖溶分布、性質(zhì)、狀態(tài)及規(guī)模。

        2.加強(qiáng)初期支護(hù)并采取正確的施工方法。

        3.根據(jù)破碎帶巖性、破碎程度及地下水情況,及時采用超前小導(dǎo)管、拱部大管棚、超前局部注漿、揭示前5m超前周邊注漿及揭示前5m超前帷幕注漿預(yù)加固封堵,以加固地層并堵水,減少水量,降低地下水對軟弱圍巖的軟化、浸泡、沖蝕、溶解等作用。

        4.加大管理力度,按要求配備專職安全管理人員,每日對重大風(fēng)險源進(jìn)行安全巡查。

        5.做好涌水突泥應(yīng)急救援預(yù)案的編制和演練工作。

        (三)現(xiàn)場開挖揭露

        經(jīng)開挖揭露ZK13+215~ZK13+290段圍巖性質(zhì)逐漸變差,隧道圍巖級別由原來的Ⅲ級變更為Ⅴ級。巖溶強(qiáng)烈發(fā)育,巖層間夾雜泥質(zhì)增多,局部小型溶洞發(fā)育且溶洞中充填泥質(zhì)。隧道開挖過程中,充填泥質(zhì)在開挖擾動下極易發(fā)生掉落。揭露ZK13+290~ZK13+330段為巨型溶洞,其中溶洞長約40m,隧道洞身位于溶洞中間。溶洞寬約45m,貫穿隧道左右側(cè),向左側(cè)延伸約15m,向右側(cè)延伸約20m。最大洞高約38m,其中隧道頂部向上延伸約20m,底部下延伸約9m,溶洞內(nèi)充填泥質(zhì),在開挖擾動下泥質(zhì)涌入隧道洞身,涌泥量約500m3。

        開展隧道巖溶區(qū)段施工過程中的動態(tài)風(fēng)險評估,經(jīng)開挖驗證符合現(xiàn)場實際。在施工過程中通過嚴(yán)格落實風(fēng)險控制措施降低風(fēng)險,避免了涌水突泥事故的發(fā)生。在該隧道施工期間,各項生產(chǎn)工作安全有序進(jìn)行,未發(fā)生安全生產(chǎn)責(zé)任事故,施工風(fēng)險得到了有效控制。

        三、結(jié)語

        開展隧道施工過程中的動態(tài)風(fēng)險評估,結(jié)合設(shè)計方案和施工工序,綜合考慮超前地質(zhì)預(yù)報結(jié)果和現(xiàn)場調(diào)查情況,將不定性的風(fēng)險轉(zhuǎn)化為定量的指標(biāo),實時評估風(fēng)險等級,并制定相對應(yīng)的風(fēng)險控制措施,反饋指導(dǎo)施工。研究結(jié)果表明隧道動態(tài)風(fēng)險評估結(jié)果與現(xiàn)場實際基本符合,能夠有效指導(dǎo)施工。通過提前采取風(fēng)險控制措施,能夠有效降低事故風(fēng)險發(fā)生概率和減少事故后果,確保施工安全。該研究成果可應(yīng)用于其他山區(qū)高速公路隧道施工安全管控。

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