陽晃林,姜 燕,李志云,張慶艷,張婉吟

(1.廣東省水利水電技術(shù)中心，廣州 510635；2.廣東省水利水電科學(xué)研究院，廣州 510635；3.廣東省巖土工程技術(shù)研究中心，廣州 510635)

1 概述

為破解廣東水資源時空分布不均問題，廣東省委、省政府積極部署推動建設(shè)一批打基礎(chǔ)、管長遠(yuǎn)、惠民生的重大水資源配置工程，將構(gòu)建水資源時空分布新格局，推進(jìn)水資源集約安全利用，助推廣東高質(zhì)量發(fā)展。目前在建的有珠江三角洲水資源配置工程、韓江榕江練江水系連通工程、環(huán)北部灣廣東水資源配置工程、引韓濟(jì)饒供水工程、廣州北江引水工程等，是廣東有史以來同步推進(jìn)重大水資源配置項目最多、投資規(guī)模最大的時期。

水資源配置工程涉及水利工程、巖土工程、地下隧洞及結(jié)構(gòu)工程、材料工程等多學(xué)科多專業(yè)，工程重要且難度大[1]，多項關(guān)鍵技術(shù)沒有規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)可依，類似工程經(jīng)驗尚不足，若發(fā)生事故，對社會、經(jīng)濟(jì)及人民生命財產(chǎn)產(chǎn)生不可估量的損失，開展施工風(fēng)險評估和對策研究是很有必要的。

目前，在建的5宗重大水資源配置工程隧洞總長達(dá)235 km，埋置深、穿越地層復(fù)雜、經(jīng)過的城鎮(zhèn)區(qū)域多，隧洞結(jié)構(gòu)型式復(fù)雜，承受內(nèi)外水壓力大，面臨很大的施工風(fēng)險。挖掘工藝有盾構(gòu)法、TBM法、鉆爆法等多種形式，具有施工復(fù)雜，開挖量大等特點；隧洞豎井面臨直徑大、開挖深度深、地質(zhì)條件復(fù)雜、周邊建筑物密集等難題。其中，隧洞鉆爆法施工經(jīng)過不良地質(zhì)帶時，易發(fā)生涌水、涌泥、塌方等問題[2-5]；隧洞豎井地質(zhì)條件復(fù)雜、周邊建筑物密集，易出現(xiàn)滲水和引起周邊沉降等問題，需特別引起重視[6-7]。由于此類大型深埋長距離調(diào)水工程可供借鑒的經(jīng)驗少，工程整體難度大，對工程建設(shè)期間所存在的施工風(fēng)險進(jìn)行識別、評估，并及時研究對策，提出合理建議，為保障工程安全，順利推進(jìn)工程建設(shè)提供參考。

2 隧洞施工風(fēng)險案例

2.1 鉆爆法風(fēng)險案例

2.1.1工程概況

某隧洞工程沿線山體坡度為15°～25°，巖體風(fēng)化深厚，植被茂密，自然山體總體穩(wěn)定。隧洞埋深在溝谷部位為30～60 m，在山脊部位為60～200 m。地下水相對豐富，主要接受大氣降水補(bǔ)給，且與河水聯(lián)系密切。綜合判定圍巖等級多為Ⅲ、Ⅳ級圍巖，局部為Ⅳ、Ⅴ圍巖。鉆爆法隧洞施工穿越富水?dāng)鄬拥葟?fù)雜地質(zhì)體時，地層條件多變，鉆爆法施工存在一定涌水、涌泥、塌方等風(fēng)險。

2.1.2出現(xiàn)的問題

2020年7月，2#、3#施工主洞貫通段K2+446-K2+478樁號，準(zhǔn)備進(jìn)行中臺階施工時，現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)隧洞左側(cè)出現(xiàn)拉裂縫、拱頂局部沉降、開裂。同時伴隨有地下水和泥漿流出。此處隧洞監(jiān)測變形不收斂，左側(cè)拱腰位置處向洞內(nèi)變形凸起明顯，不及時處理隧洞有發(fā)生垮塌的風(fēng)險(見圖1)。

圖1 搶險現(xiàn)場示意

該段穿越斷層破碎帶，圍巖破碎，裂縫發(fā)育，為強(qiáng)匯水通道，且該處地層有細(xì)黃砂，地層穩(wěn)定性極差，在此富水軟弱地層錨桿加固未能形成有效的錨固力，且隧洞支護(hù)系統(tǒng)不閉環(huán)，導(dǎo)致發(fā)生地層擠壓大變形。

2.1.3搶險措施及對策

1) 匯報上級單位，現(xiàn)場成立臨時辦公室對現(xiàn)場情況進(jìn)行了討論。

2) 組織人員、設(shè)備進(jìn)行應(yīng)急搶險處理，立即對收斂部位采取石渣回填反壓[8-9]，并加強(qiáng)監(jiān)測，防止次生災(zāi)害發(fā)生(見圖2)。

圖2 隧洞拱腰處擠壓大變形及回填反壓處理示意

3) 現(xiàn)場及時抽排地面積水，調(diào)配抽水設(shè)備，保證電力供應(yīng)，安排專人對積水進(jìn)行抽排處理。

4) 對隧洞周邊巖體進(jìn)行注漿加固，待隧洞注漿固結(jié)后，在監(jiān)測變形穩(wěn)定的前提下，拆除已變形的鋼拱架，安裝新鋼拱架，相鄰鋼拱架之間采用槽鋼鏈接，底部架設(shè)橫向鋼支撐，與供部邊墻拱架形成封閉支護(hù)系統(tǒng)[10-11]。

5) 加固處理時做好隧洞內(nèi)和洞頂以及前后一定范圍的監(jiān)測工作，監(jiān)理旁站監(jiān)督。

6) 吸取經(jīng)驗教訓(xùn)，今后遭遇沖溝斷層前，應(yīng)做好地質(zhì)勘探和超前預(yù)報工作，加強(qiáng)支護(hù)措施。

經(jīng)過以上應(yīng)對措施，該鉆爆隧洞施工引起的涌水塌方問題得到了解決，未發(fā)生人員傷亡事故。

2.2 豎井風(fēng)險案例

2.2.1工程概況

某隧洞工作豎井直徑為35.9 m，開挖深度為58.2 m，自上而下依次為填土層、淤泥質(zhì)粉砂層、淤泥層、細(xì)砂、全強(qiáng)風(fēng)化泥巖、弱風(fēng)化泥巖等。周邊發(fā)育4條斷層，地表建筑密集，為工業(yè)園區(qū)。

2.2.2出現(xiàn)的問題

豎井于2020年6月完成內(nèi)襯結(jié)構(gòu)施工，在開挖過程中受斷層破碎帶發(fā)育影響，豎井井壁發(fā)現(xiàn)3處滲漏，水頭壓力約0.5 MPa，滲漏量為150 m3/h，滲漏點與井外的山體水系連通形成滲漏水通道(見圖3)。

圖3 豎井井壁滲漏情況示意

2020年11月初，豎井基坑周邊建筑物出現(xiàn)裂縫，建筑物周邊地表出現(xiàn)不均勻沉降，出現(xiàn)裂縫房屋均分布在距豎井為70～300 m的直線范圍內(nèi)(見圖4)。

基坑周邊地表垂直位移測點監(jiān)測結(jié)果見圖5，基坑周邊地表垂直位移累計在32～92 mm之間，均已超設(shè)計控制值，基坑底板開挖以來，基坑滲水量增大，自10月16日起垂直位移沉降速率加快。豎井滲水引起的地下水下降，周邊建筑物地基承載力減弱，地表建筑物出現(xiàn)裂縫。

圖4 豎井周邊開裂建筑物分布示意

圖5 豎井周邊垂直位移監(jiān)測曲線示意

2.2.3搶險措施及對策

1) 補(bǔ)充勘探，補(bǔ)充工作井周邊地質(zhì)鉆孔，分析坑底涌水和深層地下水的連通情況，查明地下水來源和地下水徑流路徑。

2) 基坑底板焊接法蘭盤以及球閥采取臨時關(guān)閉措施，同時對工作井有沉降的方向采取回灌井施工，對淺層水進(jìn)行補(bǔ)給；對井筒內(nèi)部及周邊進(jìn)行注漿封堵加固。

3) 井內(nèi)注漿堵漏

① 引流管注漿

根據(jù)工作井滲漏情況，關(guān)閉地連墻13#～14#槽段其中一根引流管球閥，其他引流管作為泄壓管和觀察孔，注入水泥漿，當(dāng)泄壓孔有水泥漿液流出時，更換水泥-水玻璃注入，同時關(guān)閉引流管泄壓球閥。

待壓力達(dá)到后，應(yīng)打開觀察管球閥觀察其他漏水點堵漏效果，若仍出現(xiàn)滲漏情況，應(yīng)在漏水點附近采用水鉆鉆孔注漿。

② 井內(nèi)水鉆取孔注漿堵漏

采用Φ40 mm水鉆在內(nèi)襯滲漏點附近鉆孔，檢查堵漏效果，地下連續(xù)墻厚度為1.2 m，底部內(nèi)襯墻厚度為1.5 m，鉆孔深度打穿地連墻入巖5～10 cm即2.8 m，若出現(xiàn)滲漏水情況插入Φ32 mm鍍鋅管注入雙液漿，在鍍鋅管外部安裝球閥。

注漿完成后，開孔檢查確定滲漏水點不在有水流出后，拔出注漿管，人工向孔內(nèi)塞入C50，W12自密實混凝土，過程中埋入1根堵漏針頭，待自密實混凝土完全凝固后，通過預(yù)埋針頭向孔內(nèi)注入環(huán)氧樹脂。

4) 井外帷幕灌漿

待井內(nèi)堵漏注漿完成后，立即開始井外帷幕防滲灌漿方式，在每個滲漏水外置布置9根灌漿孔，灌漿孔深度為53.7 m(結(jié)構(gòu)底板以下1 m至地面)，每個漏水點布置孔2排梅花型注漿孔，共計53個，間距為0.5 m，排距為1.0 m，采用單孔注漿方式，注漿方法采用分段注漿法，注漿漿液采用普通水泥漿，灌漿方法采用分段灌漿法，灌漿采用循環(huán)式灌漿。

5) 同時繼續(xù)基坑監(jiān)測和周邊房屋監(jiān)測。密切關(guān)注工作井各測點鋼筋計、土壓力計、水壓測壓管、測斜管等傳感器是否有異常變化，必要時繼續(xù)增加監(jiān)測點。

6) 施工單位、監(jiān)測單位加強(qiáng)對現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)分析，及時對地表沉降、地下水、鋼筋應(yīng)力等監(jiān)測指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸性分析、總結(jié)。

7) 施工單位做好隱患房屋臨時加固措施，每日派專人對受影響范圍開展維穩(wěn)和巡查工作，及時了解房屋業(yè)主訴求，消除影響，做好維穩(wěn)工作，同時每日對房屋進(jìn)行排查記錄，發(fā)現(xiàn)突發(fā)情況及時匯報。

經(jīng)過以上措施后，豎井滲水和地表沉降得到控制，隧道盾構(gòu)施工正常推進(jìn)。

3 隧洞施工風(fēng)險及對策

水資源配置工程隧洞開挖還存在諸多風(fēng)險，通過對廣東地區(qū)在建的隧洞水利工程現(xiàn)場調(diào)研、總結(jié)經(jīng)驗，得到以下隧洞施工風(fēng)險及對策。

3.1 鉆爆法施工風(fēng)險及對策

1) 隧洞施工通過較差地質(zhì)區(qū)域時，易出現(xiàn)涌水、涌泥等情況，需做好超前地質(zhì)預(yù)報工作，及時進(jìn)行圍巖類別判定，做好現(xiàn)場施工的地質(zhì)會審，提出應(yīng)對不良地質(zhì)的機(jī)制與措施。

2) 加強(qiáng)支洞與主洞交叉處和圍巖較差段洞頂及洞身的安全監(jiān)測，特別注意收斂變形、滲水和表面不良現(xiàn)象的巡視等，確保預(yù)警信息的通達(dá)，完善預(yù)警機(jī)制。

3) 洞臉高邊坡易出現(xiàn)失穩(wěn)情況，應(yīng)分設(shè)馬道、逐級放坡開挖，并做好邊坡支護(hù)、截水及排水措施，確保洞臉邊坡的穩(wěn)定性。對于高邊坡支護(hù)設(shè)計方案及開挖施工方案建議進(jìn)行專項論證，保障邊坡安全。

4) 拱頂混凝土澆筑易出現(xiàn)密實度不夠的現(xiàn)象，應(yīng)做好二次注漿、拱頂混凝土密實度檢測。

5) 需做好炸藥管控，隧洞底部的清渣，拱頂錨桿的注漿質(zhì)量控制等。

6) 制定隧洞施工應(yīng)急預(yù)案，儲備搶險材料，保障洞內(nèi)施工用電、應(yīng)急物資供應(yīng)充足。

7) 隧洞洞口設(shè)置完善的防洪排澇系統(tǒng)，洞內(nèi)分段抽排水，及時堵漏，避免洞內(nèi)尤其是掌子面附近積水[12]。

8) 檢測評估洞內(nèi)爆破產(chǎn)生的有害氣體對施工人員人身安全的影響，采用吸風(fēng)模式，加強(qiáng)排煙通風(fēng)措施。

3.2 TBM法施工風(fēng)險及對策

1) 對于穿越水庫、魚塘等復(fù)雜地質(zhì)段，易出現(xiàn)滲水風(fēng)險，應(yīng)通過開展專項設(shè)計及施工方案論證，選擇安全合理處理方案。

2) 刀盤開艙檢修時須做好防護(hù)措施。

3) 做好洞口及隧道內(nèi)的防排水系統(tǒng)，避免隧道被淹。

3.3 盾構(gòu)法施工風(fēng)險及對策

1) 盾構(gòu)法施工段在不良地質(zhì)段存在開挖面失穩(wěn)風(fēng)險，應(yīng)確保開挖面穩(wěn)定，針對不同地層合理優(yōu)化掘進(jìn)參數(shù)，在富水?dāng)鄬拥炔涣嫉刭|(zhì)高風(fēng)險地段提前做好開倉檢查刀盤工況等工作[13]。

2) 做好同步注漿、管片安裝質(zhì)量和油脂注入量，減少對尾刷的硬磨損，延長尾刷壽命，降低涌水風(fēng)險。

3) 檢查復(fù)核始發(fā)反力架鎖死裝置與支撐反力，同時采用額外加鋼筋焊接等措施保障連接點安全。

4) 盾構(gòu)通過軟弱底層時，應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測，密切關(guān)注監(jiān)測數(shù)據(jù)，異常數(shù)據(jù)應(yīng)第一時間上報。

3.4 豎井施工風(fēng)險及對策

1) 根據(jù)已有豎井的施工經(jīng)驗，并利用監(jiān)測數(shù)據(jù)指導(dǎo)施工，對施工方案進(jìn)行優(yōu)化。

2) 加強(qiáng)豎井地下連續(xù)墻支護(hù)的防水、防滲措施。

3) 盾構(gòu)/TBM出入洞口加固措施須形成連續(xù)有效的防滲帷幕。

4) 加強(qiáng)豎井滲水控制措施。

3.5 監(jiān)測與檢測的要求

1) 施工管理、監(jiān)理和檢測單位應(yīng)特別重視關(guān)鍵部位的質(zhì)量控制和旁站。

2) 及時報送監(jiān)測數(shù)據(jù)，增加現(xiàn)場監(jiān)控，完善預(yù)警機(jī)制，隨時了解施工質(zhì)量和安全情況，保障施工安全。

3) 對關(guān)鍵點監(jiān)測數(shù)據(jù)繪制時間過程曲線，了解工程控制點的發(fā)展趨勢。

4) 施工單位、監(jiān)測單位加強(qiáng)對現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)分析，及時對地表沉降、地下水、鋼筋應(yīng)力等監(jiān)測指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸性分析、總結(jié)。

5) 做好工程影響區(qū)域內(nèi)建(構(gòu))筑物安全鑒定，并做好定期監(jiān)測[14]。

3.6 其他

1) 現(xiàn)場事故處理應(yīng)迅速及時，同時避免次生災(zāi)害的發(fā)生。

2) 重大水資源配置工程工期緊、任務(wù)重，各段工程施工工期要做好合理安排，確保工程安全和質(zhì)量。

3) 完善風(fēng)險評估機(jī)制，加強(qiáng)風(fēng)險管控，對風(fēng)險進(jìn)行有效的控制、規(guī)避，保證施工安全。

4 結(jié)語

除5宗在建項目外，廣東省也在加快推進(jìn)粵東水資源優(yōu)化配置、深汕特別合作區(qū)供水、中珠江供水一體化等重大水資源配置工程前期工作。為保障大批在建和待建的重大水資源配置工程順利推進(jìn)，確保工程施工安全是重中之重。各參建單位可以參考上述施工風(fēng)險共性問題及應(yīng)對措施，組織全面排查，形成施工風(fēng)險隱患清單，加強(qiáng)管控、提前預(yù)警、及時處理，確保工程施工安全。