反坡大高差強(qiáng)涌水隧道安全管理措施

趙 宇，趙龍濤，全 斐

(中鐵十局集團(tuán)有限公司 濟(jì)南市 250000)

隨著我國(guó)交通基建的快速發(fā)展，大量修建了鐵路及公路山嶺隧道，在復(fù)雜地質(zhì)地區(qū)修建隧道，在掘進(jìn)中不可避免地穿越不良地質(zhì)，伴有地下水突出時(shí)發(fā)生“突泥涌水”[1-3]。傳統(tǒng)隧道在發(fā)生涌水時(shí)因隧道洞身坡率小往往可以有效抽排，進(jìn)而消除或減輕災(zāi)害的影響，而反坡大高差隧道因反坡排水距離長(zhǎng)、坡度大、揚(yáng)程高，強(qiáng)涌水涌出時(shí)可以瞬時(shí)匯集，快速淹沒(méi)洞身，發(fā)生事故的危險(xiǎn)極大，嚴(yán)重威脅施工人員生命安全[4]，所以通過(guò)探索反坡大高差、強(qiáng)涌水隧道安全管理的方法，確保施工安全極為重要。

1 工程概況

紅豆山隧道全長(zhǎng)10616m，最大埋深1020m，2#斜井為無(wú)軌運(yùn)輸雙車(chē)道斜井，與正洞交于DK122+000左側(cè)，軸線與線路前進(jìn)方向夾角約90°，斜井洞口與隧道正洞高差為150.7m。該隧道位于云南省臨滄市鳳慶縣及云縣境內(nèi)，為南亞熱帶高原性濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)，地質(zhì)區(qū)域?yàn)闉憸娼瓟嗔褞?，受地震板塊碰撞“嵌擠、揉搓”作用，區(qū)內(nèi)深大斷裂發(fā)育，巖體總體破碎，裂隙發(fā)育。該區(qū)域水文地質(zhì)條件復(fù)雜，地下水類(lèi)型多，主要存在松散巖孔隙水、基巖裂隙水、斷層裂隙水。南亞熱帶濕潤(rùn)氣候促使該地區(qū)降雨期長(zhǎng)、降雨量大，為裂隙水的補(bǔ)給創(chuàng)造了良好條件，因此山體內(nèi)裂隙及斷層內(nèi)蘊(yùn)含了大量的地下水，隨著隧道掌子面掘進(jìn)山體內(nèi)隱伏的裂隙水從掌子面、洞身急速涌出。

2 隧道涌水特征及風(fēng)險(xiǎn)

紅豆山隧道復(fù)雜的地質(zhì)條件創(chuàng)造了獨(dú)有的強(qiáng)涌水特征，從已發(fā)生的涌水情況分析，涌水特征主要表現(xiàn)為：從掌子面、拱頂及洞身左右兩側(cè)呈多股狀水噴射；掌子面呈現(xiàn)水沿著裂隙帶伴隨“水叫”聲，放射狀噴出；隨著隧道掘進(jìn)，在洞頂、洞身先期出現(xiàn)“雨淋”現(xiàn)象，若出現(xiàn)拱部垮塌，水從垮落帶、裂隙帶泄出涌入洞內(nèi)；若圍巖蝕變?nèi)趸?，?qiáng)涌水呈泥水混合狀態(tài)傾瀉而出，迅速吞噬作業(yè)面。因此安全風(fēng)險(xiǎn)主要為瞬時(shí)發(fā)生突涌，急速匯集、快速淹沒(méi)洞身，造成人員傷害風(fēng)險(xiǎn)，發(fā)生安全事故的概率極高。

3 安全管理措施

3.1 風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)

根據(jù)相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)，突水突泥的規(guī)模均較大，加強(qiáng)地質(zhì)超前預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，溶腔或斷層等不良地質(zhì)通?？梢员话l(fā)現(xiàn)[5-6]。根據(jù)地質(zhì)勘探資料對(duì)隧道風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)進(jìn)行劃分和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，進(jìn)而制定隧道超前預(yù)報(bào)管理制度，實(shí)施超前探孔、TSP及瞬變電磁探測(cè)技術(shù)，探測(cè)掌子面前方地質(zhì)圍巖狀況、隱伏地下水。

重點(diǎn)檢查超前探孔施作情況，探孔的數(shù)量、長(zhǎng)度達(dá)標(biāo)情況，杜絕不鉆冒進(jìn)；觀測(cè)掌子面探孔孔口及裂隙帶有無(wú)股狀水流出，如有則觀察水的狀態(tài)以及流量；結(jié)合瞬變電磁探測(cè)圖查找有無(wú)大面積囊狀水，對(duì)囊狀水部位施作超前鉆探釋放；及時(shí)將超前鉆探信息發(fā)布到風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估小組，研判掌子面前方風(fēng)險(xiǎn)，并輔以安全預(yù)警予以發(fā)布。

3.2 質(zhì)安體系建設(shè)

制定強(qiáng)涌水隧道安質(zhì)監(jiān)督體系文件，明確不同層級(jí)人員職責(zé)：

第一層級(jí)為架子隊(duì)安全員，負(fù)責(zé)跟班查看掌子面超前探孔施作，測(cè)量掌子面涌水量，檢查抽排水系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)情況。發(fā)生突涌時(shí)及時(shí)發(fā)出安全警報(bào)并協(xié)助作業(yè)人員安全撤離。

第二層級(jí)為工區(qū)級(jí)安質(zhì)監(jiān)督人員，負(fù)責(zé)日常巡查，檢查掌子面超前探孔施作，結(jié)合探測(cè)圖查看隱伏囊腔是否進(jìn)行了鉆探釋放，檢查掌子面涌水量及抽排情況、抽排水系統(tǒng)和電力系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)情況、應(yīng)急物資儲(chǔ)備情況、安全員跟班履職情況，查找反坡排水不安全因素及隱患，監(jiān)督架子隊(duì)落實(shí)整改。負(fù)責(zé)工區(qū)級(jí)安全預(yù)警發(fā)布，并反向預(yù)警至項(xiàng)目部安質(zhì)部，發(fā)生強(qiáng)突涌事件時(shí)負(fù)責(zé)緊急報(bào)告、人員避險(xiǎn)、應(yīng)急救援、協(xié)助調(diào)查等工作。

第三層級(jí)為項(xiàng)目部級(jí)安質(zhì)監(jiān)督人員，負(fù)責(zé)日常監(jiān)督檢查，重點(diǎn)檢查掌子面超前探孔施作情況，檢查掌子面涌水量及抽排情況、抽排水系統(tǒng)及電力系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)情況、工區(qū)執(zhí)行排水系統(tǒng)檢查制度情況、防突涌應(yīng)急救援物資儲(chǔ)備情況、安全員跟班及工區(qū)級(jí)安質(zhì)人員履職情況，查找反坡排水不安全因素及隱患，監(jiān)督工區(qū)落實(shí)整改。負(fù)責(zé)項(xiàng)目級(jí)安全預(yù)警發(fā)布，以及接到工區(qū)反向預(yù)警的緊急報(bào)告、發(fā)布預(yù)警工作，發(fā)生強(qiáng)突涌時(shí)負(fù)責(zé)向應(yīng)急領(lǐng)導(dǎo)組報(bào)告，協(xié)助應(yīng)急救援，協(xié)助調(diào)查等工作。

3.3 安全預(yù)警及管控系統(tǒng)

建立隧道安全風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警管理辦法，成立安全預(yù)警領(lǐng)導(dǎo)小組，結(jié)合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估情況進(jìn)行發(fā)布。涌水安全預(yù)警分為三級(jí)，分別為Ⅰ級(jí)紅色預(yù)警，Ⅱ級(jí)橙色預(yù)警，Ⅲ級(jí)黃色預(yù)警[7-8]。為確保作業(yè)人員人身安全，對(duì)分級(jí)預(yù)警輔以分級(jí)管控。

(1)Ⅰ級(jí)紅色預(yù)警

主要表現(xiàn)：掌子面涌水量≥800m3/h；掌子面超前鉆探孔內(nèi)、圍巖裂隙中涌出的水質(zhì)混濁或由澄清變渾濁，涌水噴射距離≥10m；隧道拱部出現(xiàn)較嚴(yán)重的渾濁滲水，并呈暴雨?duì)?。此時(shí)隧道內(nèi)有可能發(fā)生嚴(yán)重強(qiáng)涌水、突泥災(zāi)害，導(dǎo)致重大安全事故。

管控措施：項(xiàng)目部主控，由項(xiàng)目部領(lǐng)導(dǎo)帶班指導(dǎo)施工，若掌子面地質(zhì)條件較好，水質(zhì)澄清可持續(xù)施工；若掌子面呈嚴(yán)重蝕變，水質(zhì)逐步變渾濁，立即撤離施工人員，同步觀測(cè)掌子面穩(wěn)定情況，制定切實(shí)可行的圍巖加固措施，隱患消除后方可組織后續(xù)施工。

(2)Ⅱ級(jí)橙色預(yù)警

主要表現(xiàn)：掌子面涌水量400～800m3/h；掌子面超前鉆探孔內(nèi)、圍巖裂隙中涌出的水質(zhì)澄清狀或由渾濁變澄清，涌水噴射距離≥5m；隧道拱部出現(xiàn)較為嚴(yán)重的滲水，并呈陣雨?duì)?。此時(shí)隧道內(nèi)有可能發(fā)生較為嚴(yán)重的強(qiáng)涌水、突泥災(zāi)害，導(dǎo)致較大安全事故。

管控措施：工區(qū)主控，由工區(qū)領(lǐng)導(dǎo)帶班指導(dǎo)施工，若掌子面地質(zhì)條件較好，水質(zhì)澄清可持續(xù)施工；若掌子面呈蝕變狀，輔以超前加固補(bǔ)強(qiáng)措施，并由安全員做好跟班防護(hù)，同步觀測(cè)掌子面穩(wěn)定情況、水質(zhì)狀況、水流情況，直至風(fēng)險(xiǎn)段落通過(guò)。

(3)Ⅲ級(jí)黃色預(yù)警

主要表現(xiàn)：掌子面涌水量<400m3/h；掌子面超前鉆探孔內(nèi)、圍巖裂隙中涌出的水質(zhì)呈澄清狀，涌水噴射距離≥3m；隧道拱部出現(xiàn)較為嚴(yán)重的滲水，并呈雨滴狀。此時(shí)隧道內(nèi)有可能發(fā)生強(qiáng)涌水，導(dǎo)致一般安全事故。

管控措施：工區(qū)架子隊(duì)主控，由架子隊(duì)長(zhǎng)帶班施工，若掌子面地質(zhì)條件較好，水質(zhì)澄清可持續(xù)施工；若掌子面圍巖裂隙較為發(fā)育、有軟弱夾層，由安全員做好跟班防護(hù)，同步觀測(cè)掌子面穩(wěn)定情況、水質(zhì)狀況、水流情況，直至風(fēng)險(xiǎn)段落通過(guò)。

3.4 進(jìn)洞人員管理

設(shè)立專(zhuān)職進(jìn)洞管理員，所有進(jìn)洞人員必須在洞口實(shí)名登記個(gè)人作業(yè)方位、作業(yè)內(nèi)容、進(jìn)洞時(shí)間、出洞時(shí)間等信息，確保在突發(fā)災(zāi)害時(shí)實(shí)現(xiàn)快速核對(duì)、精準(zhǔn)確認(rèn)。

3.5 抽排水系統(tǒng)檢查

(1)排水系統(tǒng)檢查

檢查是否在斜井、平導(dǎo)抽排水固定泵站內(nèi)配備備用發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)再用狀態(tài)是否良好；檢查水倉(cāng)內(nèi)抽水泵配置的數(shù)量、揚(yáng)程、功率是否符合專(zhuān)項(xiàng)方案的要求；檢查各泵站水泵的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，對(duì)未啟用的水泵要進(jìn)行試運(yùn)轉(zhuǎn)測(cè)試，確認(rèn)水泵能實(shí)現(xiàn)即時(shí)啟動(dòng)；檢查抽排水管路同水泵連接狀況，是否存在漏水及連接螺栓缺失現(xiàn)象；檢查抽排水管路是否設(shè)置流量表，流量表是否已標(biāo)定，是否有效運(yùn)轉(zhuǎn)。

(2)電力系統(tǒng)檢查

檢查電力系統(tǒng)是否按雙路電源儲(chǔ)備，每路電力功率是否滿(mǎn)足抽排水設(shè)備的使用要求；檢查備用電力系統(tǒng)是否能實(shí)現(xiàn)即時(shí)切換，立即啟動(dòng)；檢查變壓器有無(wú)特殊聲響，有無(wú)放電痕跡，有無(wú)破損及滲漏；檢查連接電路是否同配電盤(pán)有效連接。通過(guò)以上檢查確保電力系統(tǒng)24h不斷電。

3.6 應(yīng)急儲(chǔ)備措施

(1)安全教育與培訓(xùn)

開(kāi)展安全教育主題以及應(yīng)急知識(shí)培訓(xùn)，舉辦隧道防突涌安全知識(shí)培訓(xùn)班，從隧道涌水特點(diǎn)、涌水防范、典型案例分析等方面對(duì)作業(yè)人員進(jìn)行系統(tǒng)培訓(xùn)。

(2)應(yīng)急救援物資儲(chǔ)備

在施工現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)面附近儲(chǔ)備不少于當(dāng)班施工人員數(shù)量的救生衣、救生圈、救生筏，并每隔50m在隧道拱頂埋設(shè)應(yīng)急救生繩，確保在突涌情況下的人員緊急自救。

(3)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)洞

在洞口、平導(dǎo)同正洞交叉口配置移動(dòng)信號(hào)小型基站，確保移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)在洞內(nèi)全覆蓋，實(shí)現(xiàn)突發(fā)強(qiáng)突水情況下的緊急報(bào)告、應(yīng)急響應(yīng)，撤離施工人員等工作的通訊暢通。

(4)報(bào)警裝置

在各掌子面配備無(wú)線聲光報(bào)警器，當(dāng)發(fā)生突涌緊急事件時(shí)，由安全員啟動(dòng)聲光報(bào)警裝置，聲光報(bào)警裝置發(fā)出警報(bào)，作業(yè)人員接到警報(bào)信息后沿逃生路線撤離。

(5)應(yīng)急演練

模擬發(fā)生強(qiáng)突涌緊急事件：一是帶班作業(yè)領(lǐng)導(dǎo)命令安全員啟動(dòng)聲光報(bào)警裝置，洞內(nèi)各作業(yè)面安全警報(bào)響起，并指導(dǎo)作業(yè)人員立即避開(kāi)出水口和泄水流，獲取救生衣并向洞口方向奔跑，有序緊急避險(xiǎn)；二是模擬作業(yè)人員被涌水圍困，使用救生繩、救生筏進(jìn)行緊急自救；三是模擬救援，應(yīng)急領(lǐng)導(dǎo)小組接報(bào)后，在如實(shí)掌握被困人員情況下，立即向地方應(yīng)急救援部門(mén)報(bào)告，請(qǐng)求地方支援，并根據(jù)突涌實(shí)際情況，在確保安全的情況下，由專(zhuān)業(yè)人員指導(dǎo)搶險(xiǎn)救援隊(duì)實(shí)施救援。

4 結(jié)論

針對(duì)紅豆山隧道2#斜井反坡特點(diǎn)，分別從風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)、質(zhì)安體系建設(shè)、安全預(yù)警系統(tǒng)、人員管理、抽排水系統(tǒng)檢查、應(yīng)急儲(chǔ)備等方面保證施工安全。主要結(jié)論及建議如下：

(1)通過(guò)檢查掌子面超前探孔施作情況，及孔口內(nèi)股狀水流出的狀態(tài)、水質(zhì)情況，同步輔以查看瞬變電磁探測(cè)圖，可以查找有無(wú)大面積囊狀水，實(shí)現(xiàn)對(duì)掌子面前方安全風(fēng)險(xiǎn)的研判，有效指導(dǎo)安全施工。

(2)建立反坡強(qiáng)涌水隧道安質(zhì)監(jiān)督體系，可實(shí)現(xiàn)不同層級(jí)的安質(zhì)人員的專(zhuān)業(yè)互檢，隱患問(wèn)題的早發(fā)現(xiàn)、早整治，有效防止突涌安全事故的發(fā)生。

(3)采取涌水隧道安全預(yù)警及安全分級(jí)管控，可以有效管控不同預(yù)警狀態(tài)下的安全風(fēng)險(xiǎn)，深入落實(shí)預(yù)警管控措施，有效杜絕安全事故的發(fā)生。

(4)反坡大高差強(qiáng)涌水隧道的排水系統(tǒng)良性運(yùn)轉(zhuǎn)是確保安全的重要手段。

(5)開(kāi)展涌水隧道應(yīng)急知識(shí)培訓(xùn)和救援演練，可實(shí)現(xiàn)施工人員有效防范“突涌”危害，遇緊急情況時(shí)實(shí)現(xiàn)自救及啟動(dòng)應(yīng)急救援。

(6)反坡大高差強(qiáng)涌水隧道安全管理方面的思考：在復(fù)雜地質(zhì)條件下，應(yīng)在超前預(yù)報(bào)、涌出物處理、注漿質(zhì)量和開(kāi)挖支護(hù)方面予以加強(qiáng)。嘗試探索蝕變圍巖臨界水壓力，可判斷強(qiáng)涌水條件下突泥發(fā)生的臨界值，實(shí)現(xiàn)早預(yù)測(cè)、早預(yù)防。