淺埋隧道洞口段的風(fēng)險管理

【摘要】本文以棋盤山隧道進(jìn)洞施工為實(shí)例，介紹了在淺埋、偏壓、軟土隧道復(fù)雜地質(zhì)條件下，如何應(yīng)用風(fēng)險評估和風(fēng)險管理的理論，采用噴錨支護(hù)、管棚施工、超前小導(dǎo)管預(yù)支護(hù)、三臺階臨時仰拱法等新工法，結(jié)合監(jiān)控量測和超前地質(zhì)預(yù)報的結(jié)果動態(tài)施工，成功規(guī)避了雨季隧道進(jìn)洞施工的各種風(fēng)險事件。

【關(guān)鍵詞】淺埋隧道；風(fēng)險管理；管棚；三臺階臨時仰拱法

1、工程概況

新建貴陽至廣州鐵路（以下簡稱“貴廣鐵路”）棋盤山隧道位于廣西壯族自治區(qū)賀州市平桂區(qū)境內(nèi)，隧道全長2378m，進(jìn)出口里程分別為：DK568+902、DK571+280，為單洞雙線高速鐵路隧道，設(shè)計速度目標(biāo)值為250km/h，預(yù)留進(jìn)一步提速條件，線間距為4.8m。棋盤山隧道穿越石灰?guī)r孤山，地表巖石裸露，溶溝溶槽發(fā)育。隧道進(jìn)口表層為第四系粉質(zhì)黏土、黏土，層厚7.9～13.4m，硬塑，基巖面附近為軟塑?；鶐r為泥盆系上統(tǒng)榴江組（D3l）灰?guī)r，弱風(fēng)化。地下水以基巖風(fēng)化裂隙水為主。進(jìn)口段殘坡積黏土層較厚，基巖面較陡，基巖面附近多軟塑，穩(wěn)定性較差。隧道區(qū)屬亞熱帶海洋性氣候，常年氣候溫和濕潤，雨量充沛，四至九月暴雨較為集中，為汛期。汛期雨量集中。夏季長而炎熱，冬季短偶有奇寒，降雨量充沛但分布不均，有明顯的干濕兩季之分。多年平均降雨量1316.9mm～1497.7mm，最大日降雨量201.3mm～236.6mm。

2、風(fēng)險因素識別

風(fēng)險識別主要依據(jù)隧道施工設(shè)計圖中“棋盤山隧道風(fēng)險評估及對策措施設(shè)計表”和鐵道部頒發(fā)的《鐵路隧道風(fēng)險評估與管理暫行規(guī)定》（鐵建設(shè)[2007]200號）中的“表4.6.3礦山法施工風(fēng)險因素核對表”、“表4.6.4洞口段隧道施工風(fēng)險因素核對表”、“表4.6.7-1～4、”“表4.6.8”等風(fēng)險因素核對表。風(fēng)險評價方法主要依據(jù)鐵道部頒發(fā)的《鐵路隧道風(fēng)險評估與管理暫行規(guī)定》（鐵建設(shè)[2007]200號）中的“4.2鐵路隧道風(fēng)險分級和接受準(zhǔn)則”相關(guān)內(nèi)容。

3、風(fēng)險分析及風(fēng)險對策措施

按照評估結(jié)果，本隧道風(fēng)險事件均為高度風(fēng)險，屬于不可接受范圍，需采取針對性的措施將風(fēng)險降低至可接受或可忽略范圍。相關(guān)對策如下，并在施工過程中細(xì)化處理措施并認(rèn)真落實(shí)，以期最大程度地降低風(fēng)險至可接受范疇。

4、風(fēng)險控制

為了保證順利進(jìn)洞，局指揮部、項(xiàng)目部及監(jiān)理單位多次召開專項(xiàng)會議，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況發(fā)展，針對可能出現(xiàn)的各類風(fēng)險進(jìn)行討論分析，并制定了相應(yīng)的對策，動態(tài)控制施工階段的風(fēng)險。

4.1邊仰坡支護(hù)。隧道進(jìn)口邊仰坡開挖時正好趕上雨季開始，已經(jīng)無法避開。連日大雨使得山體水滲流相當(dāng)嚴(yán)重，便道泥濘不堪，如不抓緊進(jìn)行邊仰坡支護(hù)那么已經(jīng)開挖出來的邊仰坡必定會失穩(wěn)滑塌，對施工造成嚴(yán)重安全隱患并影響工期。洞頂截水溝距邊仰坡開挖線邊緣5m以外，已經(jīng)砌筑完成，項(xiàng)目部馬上組織隊伍在邊仰坡上架起腳手架，用彩條布先將邊仰坡全部遮蓋，分片支護(hù)。邊仰坡全部采用噴錨網(wǎng)防護(hù)，錨桿采用φ22砂漿錨桿，L-4m，間距1.5×1.5m，梅花型布置；噴射混凝土采用10㎝厚C25網(wǎng)噴混凝土，鋼筋網(wǎng)采用φ6，網(wǎng)格25×25㎝。洞口開挖出露地質(zhì)發(fā)現(xiàn)，表層為棕紅色黏土，比較松散，下部為褐黃色粉質(zhì)黏土，軟塑且不透水，兩種黏土之間黏結(jié)性并不好，發(fā)生部分滑塌，為了把風(fēng)險降低到更小，把滑塌部分清理掉后，采用6m小導(dǎo)管地表注漿，間距0.5×0.5m，然后焊接雙層φ8鋼筋網(wǎng)片，用噴射混凝土將滑塌部分全部填充封閉。

4.2洞口段超前長管棚預(yù)支護(hù)。洞口黏土吸水后發(fā)生膨脹，強(qiáng)度迅速下降，毫無自穩(wěn)能力，決定采用40mφ108超前長管棚預(yù)支護(hù)，為以后進(jìn)洞施工降低了坍塌的風(fēng)險。長管棚導(dǎo)向墻采用C20混凝土澆筑，內(nèi)設(shè)2榀I18工字鋼架，鋼架外緣焊接φ140導(dǎo)向鋼管，環(huán)向間距為40㎝，鋼管軸線與襯砌外緣線夾角1°～3°，鋼管采用隔孔鉆進(jìn)，奇數(shù)號采用鋼花管，注水泥漿，偶數(shù)號采用鋼管，用M10水泥砂漿充填，以增強(qiáng)管棚強(qiáng)度。施工過程中先打設(shè)鋼花管，然后打設(shè)鋼管，以便檢查鋼花管的注漿質(zhì)量。管棚鉆孔過程中技術(shù)人員全程跟蹤控制，詳細(xì)記錄，通過分析鉆進(jìn)速度及渣樣等提前了解掌子面前方的地質(zhì)情況，起到了超前地質(zhì)預(yù)測預(yù)報的作用，為指導(dǎo)以后的施工做好了充分準(zhǔn)備。

4.3三臺階臨時仰拱法（四步）。管棚施工完后，采用挖掘機(jī)配合人工開挖的方式進(jìn)行施工，可有效控制斷面的超欠挖。。針對拱部極易掉塊，隧道沉降變形難于控制，極易發(fā)生涌泥涌水坍塌的困難，通過專家分析論證，大膽采用三臺階臨時仰拱加設(shè)豎向中隔壁施工。4.3.1施工工序：4.3.1.1（1）利用上一循環(huán)架立的鋼架施作隧道及中隔壁超前支護(hù)。（2）開挖①部。（3）施作①部導(dǎo)坑周邊的初期支護(hù)和臨時支護(hù)，即初噴4cm厚混凝土，架立鋼架及I18臨時鋼架，并設(shè)φ50鎖腳錨管。（4）導(dǎo)坑底部噴20cm厚混凝土，施作①部臨時仰拱，安設(shè)I18橫撐。（5）鉆設(shè)系統(tǒng)錨桿后復(fù)噴混凝土至設(shè)計厚度。4.3.1.2（1）開挖②部。（2）施作②部導(dǎo)坑周邊的初期支護(hù)和臨時支護(hù)，即初噴4cm厚混凝土，架立鋼架，并設(shè)φ50鎖腳錨管。（3）導(dǎo)坑底部噴20cm厚混凝土，施作②部臨時仰拱，安設(shè)I18橫撐。（4）鉆設(shè)系統(tǒng)錨桿后復(fù)噴混凝土至設(shè)計厚度。4.3.1.3根據(jù)監(jiān)控量測結(jié)果分析，拆除I18臨時拱架。4.3.1.4（1）在滯后于②部一段距離后，開挖③部。（2）導(dǎo)坑周邊部分初噴4cm厚混凝土，架立鋼架。（3）鉆設(shè)系統(tǒng)錨桿后復(fù)噴混凝土至設(shè)計厚度。4.3.1.5（1）在滯后于③部一段距離后，開挖④部。（2）初噴4cm厚混凝土，架立鋼架。（3）隧底周邊部分噴混凝土至設(shè)計厚度。4.3.1.6灌筑部仰拱及隧底填充（仰拱及隧底填充分次施作）。4.3.1.7利用襯砌模板臺車一次性澆筑部襯砌（拱墻襯砌一次施作）。

4.3.2應(yīng)用本工法應(yīng)堅持“弱爆破、短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、早封閉、勤量測”的原則。為確保在施工安全的前提下加快施工進(jìn)度，我們還對施工工藝進(jìn)行了細(xì)化。一是配合長管棚套打φ42超前小導(dǎo)管注漿對拱部做超前支護(hù)；二是嚴(yán)格控制每循環(huán)進(jìn)尺在0.6m左右，即一榀鋼架間距，必要時掌子面噴錨封閉、打設(shè)鋼花管引排水以防止滑塌。工序變化之處鋼架（或臨時鋼架）除設(shè)鎖腳鋼管外，還采用擴(kuò)大鋼架拱腳、拱腳墊槽鋼的方法，以確保鋼架基礎(chǔ)穩(wěn)定。鋼架之間縱向連接鋼筋采用八字型布置，交錯鋪設(shè)雙層鋼筋網(wǎng)片，以防止拱部掉塊。開挖中臺階時分左右錯開距離并留核心土支撐以減少沉降。三是上、中臺階臨時仰拱快速封閉，拆除時每次不超過10m，下臺階及仰拱緊跟，全斷面盡快封閉成環(huán)，一有條件馬上施作二襯，并予以加強(qiáng)，步步為營，穩(wěn)扎穩(wěn)打。

4.4監(jiān)控量測和超前地質(zhì)預(yù)報。為避免坍塌冒頂、突水、突泥災(zāi)害的發(fā)生，確保施工安全，將監(jiān)控量測和超前地質(zhì)預(yù)測預(yù)報工作納入正常工序。洞口段超前地質(zhì)預(yù)測預(yù)報以地質(zhì)調(diào)查法、地質(zhì)雷達(dá)和水平鉆孔超前探測為主，并實(shí)時監(jiān)測洞內(nèi)涌突水和洞外地表變化。通過風(fēng)險分析，認(rèn)為初支體系將會整體沉降，其沉降結(jié)果不可預(yù)知，因此開挖初支提前預(yù)留了20cm的變形量并將隧道斷面標(biāo)高整體提高了20cm，后來監(jiān)控量測數(shù)據(jù)表明初支整體下沉了28cm，除去二襯的5cm預(yù)留變形量，還有7cm的富裕量，降低了初支變形侵限換拱的風(fēng)險。監(jiān)控量測的數(shù)據(jù)表明，在施作了臨時仰拱后，初支下沉速度明顯降低，而開挖支護(hù)中、下臺階和拆除臨時仰拱時，下沉速度又顯著增大，可見臨時仰拱作用之重要。尤其在施工仰拱前，要進(jìn)行下臺階的開挖、出渣、清底換填、架立鋼架、噴射砼支護(hù)、綁扎鋼筋等工序，時間較長，有必要選擇晴天突擊施工并對鋼架接頭加設(shè)臨時橫向支撐。

5、殘余風(fēng)險評估

在及時采取相應(yīng)的風(fēng)險對策措施后，隧道的施工風(fēng)險會相應(yīng)降低，但不可能完全消除，故在結(jié)合初始風(fēng)險結(jié)果和制定對策措施的基礎(chǔ)上，對隧道的殘余風(fēng)險進(jìn)行再評估。評估結(jié)果見下表：

6、應(yīng)急預(yù)案

6.1應(yīng)急準(zhǔn)備。為確保正常施工，預(yù)防突發(fā)事件以及某些預(yù)想不到的不可抗拒的事件發(fā)生，在風(fēng)險分析的基礎(chǔ)上，項(xiàng)目部成立了應(yīng)急預(yù)案領(lǐng)導(dǎo)小組，下設(shè)通訊聯(lián)絡(luò)隊、技術(shù)支持隊、現(xiàn)場保衛(wèi)隊、搶險搶救隊、醫(yī)療救護(hù)隊、后勤保障隊，組織人員認(rèn)真對風(fēng)險因素進(jìn)行了識別和評估，有針對性制定出相應(yīng)的應(yīng)急措施，積極開展應(yīng)急知識教育和應(yīng)急演練，提高現(xiàn)場操作人員應(yīng)急能力。根據(jù)預(yù)案配備了應(yīng)急資源，包括：救援機(jī)械和設(shè)備、交通工具、醫(yī)療設(shè)備和必備物品、生活保障物資等。并與當(dāng)?shù)赜嘘P(guān)機(jī)構(gòu)建立了正式的聯(lián)系，以便在事故發(fā)生后及時得到外部救援。

6.2突發(fā)事故應(yīng)急預(yù)案。6.2.1隧道冒頂事故。事故發(fā)生后，根據(jù)冒頂范圍的大小和坍塌量的多少，成立若干搶險組輪番作業(yè)。如果人員被埋，要立即組織人員將埋料扒出外運(yùn)，同時對頂板進(jìn)行支護(hù)并注意觀察，確保搶險人員人身安全。若冒頂范圍不大、坍塌量不多、巖性較穩(wěn)固，則可以在頂板支護(hù)后，將埋料扒出，直接通過冒頂區(qū)進(jìn)入里面救人。若難以順利通過冒頂區(qū)，則要考慮另開掘一條通道，繞過冒頂區(qū)。同時要通過水管、壓風(fēng)管等向里面供風(fēng)和食物，并發(fā)出信號，讓被堵人員知道外面已開始營救，堅定他們生存的信心。對救出的幸存者立即用毛巾等捂住眼角，并由醫(yī)護(hù)人員進(jìn)行救護(hù)。6.2.2隧道坍塌事故。重大坍塌事故發(fā)生后，立即組織搶險人員到達(dá)現(xiàn)場。根據(jù)具體情況，采取人工和機(jī)械相結(jié)合的方法，對坍塌現(xiàn)場進(jìn)行處理。搶救中如遇到坍塌巨石，人工搬運(yùn)有困難時，可調(diào)集大型吊車進(jìn)行調(diào)運(yùn)。在接近邊坡處時，必須停止機(jī)械作業(yè)，全部改用人工扒石，防止誤傷被埋人員。現(xiàn)場搶救中，還要安排專人對邊坡、架頭、浮石進(jìn)行監(jiān)護(hù)和清理，防止事故擴(kuò)大。

7、結(jié)束語

通過對棋盤山隧道進(jìn)口洞口段的施工，我們增加了淺埋偏壓隧道的風(fēng)險控制經(jīng)驗(yàn)，首先必須充分了解水文地質(zhì)資料及隧道圍巖狀況，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，作出風(fēng)險評估，然后制定完整的施工技術(shù)方案，并根據(jù)量測數(shù)據(jù)和超前地質(zhì)預(yù)報及時調(diào)整施工方案，動態(tài)控制風(fēng)險，此外還要結(jié)合專項(xiàng)應(yīng)急救援預(yù)案，做好人員組織、技術(shù)、物資、機(jī)械的儲備，預(yù)防風(fēng)險的發(fā)生。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介

陳鵬.出生年月：1982年8月.男.單位：中鐵十四局集團(tuán)第二工程有限公司.技術(shù)職稱：工程師.從事工作：鐵路施工技術(shù)與管理.