黃和江HUANG He-jiang；劉文敏LIU Wen-min

（①云南云嶺公路工程注冊安全工程師事務(wù)所有限公司，昆明650000；②云南云嶺公大公路工程有限公司，昆明650000）

0 引言

近幾年來，隨著我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的不斷發(fā)展，我國正在由交通大國向交通強(qiáng)國邁進(jìn)。目前為止，我國已經(jīng)攻克了復(fù)雜長大隧道、海底隧道等一系列超級工程建設(shè)技術(shù)難題，中國交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)技術(shù)也已躋身世界先進(jìn)行列。

但是，地處西南邊陲的云南地區(qū)，交通基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)仍然是全國比較落后的幾個省份之一。云南地處云貴高原，高山峽谷相間，地形波狀起伏，不僅山多，河流湖泊也多，構(gòu)成了山嶺縱橫、水系交織、湖泊棋布的環(huán)境格局，致使云南高速公路的建設(shè)難度倍增。云南也素有地質(zhì)博物館之稱。特殊的地理位置，復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境，對高速公路隧道工程的修建增加了更多的困難和挑戰(zhàn)?？v觀最近幾年云南高速公路建設(shè)過程中，隧道工程的建設(shè)施工風(fēng)險是最高的，隧道坍塌冒頂、涌水突泥是隧道建設(shè)過程中發(fā)生頻率最高的事故類型。尤其是涌水突泥，一旦發(fā)生，將防不勝防，很容易導(dǎo)致群死群傷事故，威脅作業(yè)人員生命財(cái)產(chǎn)安全。目前為止，隧道工程施工尚未形成成熟的、有效的涌水突泥預(yù)防技術(shù)，更多的還是以事后處治為主。本文以云南臨滄地區(qū)某高速公路隧道為例，針對隧道發(fā)生的涌水突泥事故，研究分析隧道發(fā)生涌水突泥的機(jī)理。結(jié)合該隧道涌水突泥事故發(fā)生前后，國家、地方政府相關(guān)監(jiān)管部門和項(xiàng)目參建單位所做出的努力和采取的一系列處治措施，分析復(fù)雜地質(zhì)條件下預(yù)防隧道涌水突泥關(guān)鍵技術(shù)，以期為隧道施工過程中有效預(yù)防涌水突泥提供借鑒和指導(dǎo)。

1 事故案例

1.1 隧道工程概況 某隧道為臨滄市某高速公路的控制性工程。隧道左洞起止樁號ZK38+255~ZK43+605，洞身全長5350 米；右洞起止樁號YK38+330~YK43+595，洞身全長5265 米，隧道左、右洞平面設(shè)計(jì)線間距為24.7~27.9米，隧道最大埋深449.81 米。隧道屬低中山地貌，地形起伏較大。山體自然坡度14~31°，總體地勢較緩，植被較發(fā)育，以喬木、灌木叢、茶樹地為主，進(jìn)、出口均處于山前斜坡地帶，山坡處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。隧道隧址區(qū)地層巖性主要有第四系殘坡積的粉質(zhì)黏土、砂質(zhì)黏土與燕山早期花崗巖及前奧陶系大田丫口組和松山組的石英片巖、絹云母片巖等，差異風(fēng)化明顯。隧址區(qū)在區(qū)域構(gòu)造上位于前奧陶系變質(zhì)巖巖體與燕山早期花崗巖巖體接觸區(qū)帶內(nèi)，隧道軸線上無區(qū)域性斷裂、褶皺分布。石英片巖、絹云母片巖、花崗巖中節(jié)理、裂隙面為巖體結(jié)構(gòu)面。絹云母片巖夾層為巖體軟弱夾層，呈層狀或透鏡狀分布；石英片巖、花崗巖中節(jié)理裂隙數(shù)量多、產(chǎn)狀紊亂，方向性、延伸長度、間隔距離、張開閉合與充填情況復(fù)雜。節(jié)理裂隙結(jié)構(gòu)面與絹云母片巖夾層共同將巖體分割成不規(guī)則多面體。地下水主要為松散層孔隙水和基巖構(gòu)造裂隙水兩種類型。隧道區(qū)氣候?qū)僦衼啛釒Ъ撅L(fēng)氣候，年平均降水量1200mm，最大年降水量1600mm。

1.2 事故簡介 隧道出口端右洞距掌子面樁號為K42+951.6, 距離掌子面5 米左右隧道右上方突發(fā)涌水突泥。經(jīng)測算，現(xiàn)場涌水量每小時800 立方米，突泥約1.5 萬立方米，涌水突泥速度約13m/s。涌水突泥十分猛烈，造成仰拱施工部位一輛挖掘機(jī)被掀翻推移48 米后掩埋，重約110 噸的二襯臺車被推出148 米，形成的泥沙堆積層最薄處約2.5 米，最厚處約5.5 米。

2 事故原因分析

2.1 直接原因 在災(zāi)害點(diǎn)上方存在一囊狀形態(tài)的含水隱伏破碎帶。含水破碎帶為風(fēng)化囊狀形態(tài)，體積約1.53 萬立方米，其底部距隧道頂板圍巖約3 米左右，在工程未開挖擾動前，處于相對平衡狀態(tài)。（圖1）

圖1 破碎帶示意圖

掌子面掘進(jìn)超過水囊5 米左右，水囊位置拱頂沉降變形加劇，地下徑流場的動（靜）水壓力增大，含水單元間滲流通道擴(kuò)展、水力聯(lián)系增強(qiáng)、滲透系數(shù)變大，使得隧道拱頂上方圍巖進(jìn)一步軟化，強(qiáng)度降低，隧道頂板圍巖強(qiáng)度達(dá)到極限臨界狀態(tài)，突發(fā)第一次涌水突泥。第一次涌水突泥后，大量物源迅速淤積在局部堵塞點(diǎn)，涌水突泥暫時終止，隨著補(bǔ)給水的不斷涌入?yún)R聚，其勢能急劇增高，壓力增大，造成第二次涌水突泥。（圖2、圖3）

圖2 第一次涌水突泥局部示意圖

圖3 第二次涌水突泥局部示意圖

2.2 間接原因 設(shè)計(jì)單位違法分包；施工單位涌水突泥轉(zhuǎn)向應(yīng)急預(yù)案缺乏針對性和可操作性，未開展涌水突泥專項(xiàng)應(yīng)急演練；第三方檢測單位監(jiān)控量測、超前預(yù)報(bào)工作不到位。

3 涌水突泥預(yù)防技術(shù)

隧道施工發(fā)生涌水突泥，常常釀成重大事故。一方面威脅作業(yè)人員生命財(cái)產(chǎn)安全，一方面致使工期延誤、工程費(fèi)用成本增加等。為有效預(yù)防隧道涌水突泥事故的發(fā)生，必須要事先做好風(fēng)險預(yù)判，根據(jù)預(yù)判結(jié)果制定相應(yīng)的施工安全技術(shù)方案。實(shí)施過程中，本著“巖變我變”的思想和動態(tài)設(shè)計(jì)的原則，根據(jù)實(shí)際開挖揭露圍巖情況，改變施工方法、增加輔助施工措施等，從而提高隧道施工涌水突泥的預(yù)防水平和處治能力。下面，從以下幾個方面探索隧道施工涌水突泥預(yù)防的關(guān)鍵技術(shù)和環(huán)節(jié)。

3.1 提高勘察設(shè)計(jì)質(zhì)量 工程勘察設(shè)計(jì)是工程建設(shè)的基礎(chǔ)。古人云“基礎(chǔ)不牢，地動山搖”，這一思想在工程建設(shè)領(lǐng)域可以說是體現(xiàn)的淋漓盡致。隧道工程是屬于地下工程、隱蔽工程，某種程度也算是有限空間作業(yè)，施工風(fēng)險極高。特別是云南地區(qū)，地形地貌地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，圍巖突變頻繁，多種因素和風(fēng)險疊加，更是增加了隧道施工的風(fēng)險。因此，隧道工程的建設(shè)，特別是針對云南地區(qū)隧道工程，要有效降低施工風(fēng)險，特別是預(yù)防坍塌和涌水突泥的發(fā)生，必須要從勘察設(shè)計(jì)入手。

勘察設(shè)計(jì)階段，勘察設(shè)計(jì)單位資質(zhì)必須滿足要求。嚴(yán)格按照勘察設(shè)計(jì)規(guī)范組織開展勘察設(shè)計(jì)。針對地質(zhì)條件復(fù)雜、地質(zhì)圍巖差的段落，必須進(jìn)行詳勘。除了利用傳統(tǒng)的踏勘、調(diào)查、測繪、物探、鉆探、試驗(yàn)等手段，再加上現(xiàn)代化的遙感影像解譯、地理信息系統(tǒng)、三維地質(zhì)模型等先進(jìn)的信息化手段，探明隧址區(qū)地形地貌特征、地質(zhì)條件、地質(zhì)構(gòu)造（圍巖類別、巖層分布、風(fēng)化程度、不良地質(zhì)現(xiàn)象、工程地質(zhì)狀況等），地表水的分布特征、地下水的水質(zhì)、水量和分布形式等，地震烈度及地震活動情況，當(dāng)?shù)貧夂驐l件等影響隧道施工安全的相關(guān)因素。設(shè)計(jì)圖中盡可能準(zhǔn)確的表達(dá)出地形地貌、圍巖地層巖性、風(fēng)化程度、富水情況、視電阻值等關(guān)鍵指標(biāo)，同時合理設(shè)計(jì)出不同地質(zhì)圍巖環(huán)境條件下的施工開挖方法和支護(hù)參數(shù)，為施工階段提供可靠的技術(shù)參考。

3.2 嚴(yán)格開展隧道施工安全風(fēng)險評估 施工階段是隧道施工的關(guān)鍵性階段，也是最容易發(fā)生群死群傷事故的重要階段。隧道施工安全防控重點(diǎn)就在施工階段。因此，單座隧道工程開工前，必須嚴(yán)格按照交通運(yùn)輸部下發(fā)的《關(guān)于開展公路橋梁和隧道工程施工安全風(fēng)險評估試行工作的通知要求》（交質(zhì)監(jiān)發(fā)[2011]217 號）組織開展隧道工程施工安全風(fēng)險評估。隧道工程施工階段安全風(fēng)險評估分為總體風(fēng)險評估和專項(xiàng)風(fēng)險評估兩個部分。總體風(fēng)險評估是根據(jù)圍巖的地質(zhì)條件（圍巖等級、瓦斯含量、富水情況）、開挖斷面、隧道長度、洞口形式和洞口特征五項(xiàng)指標(biāo)靜態(tài)評估隧道的總體風(fēng)險等級。隧道總體風(fēng)險評估等級達(dá)到Ⅲ級（高度風(fēng)險）及以上時，對隧道工程開展施工安全專項(xiàng)風(fēng)險評估。隧道工程施工安全專項(xiàng)風(fēng)險評估是將隧道洞身按照不同級別的圍巖等級進(jìn)行劃分，劃分完成后進(jìn)行風(fēng)險源普查，列出每段圍巖可能存在的事故類型，采用LEC 法進(jìn)行估測，評估出每一段圍巖施工過程中可能發(fā)生的事故類型的風(fēng)險大小，針對其中的重大風(fēng)險源進(jìn)行量化估測，確定隧道洞身重大風(fēng)險源段落以及相應(yīng)段落可能發(fā)生的事故類型和風(fēng)險等級，并提出相應(yīng)的風(fēng)險控制措施。專項(xiàng)風(fēng)險評估作為施工單位編制專項(xiàng)施工方案的重要依據(jù)，為隧道施工安全技術(shù)控制和管理提供可靠參考。由此可見，隧道施工前進(jìn)行風(fēng)險評估尤為重要。

3.3 針對性的編制隧道專項(xiàng)施工方案 根據(jù)風(fēng)險評估結(jié)論，編制隧道專項(xiàng)施工方案。專項(xiàng)施工方案嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范及文件要求編制。以隧道兩階段施工圖設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，參考隧道工程施工安全專項(xiàng)風(fēng)險評估結(jié)論，根據(jù)不同圍巖環(huán)境條件選取不同的施工開挖方法和支護(hù)手段。針對專項(xiàng)風(fēng)險評估中的重大風(fēng)險源段落，在專項(xiàng)施工方案中必須制定切實(shí)可行的開挖、支護(hù)措施，明確安全控制要點(diǎn)。施工方案經(jīng)專家論證后現(xiàn)場嚴(yán)格按照專項(xiàng)施工方案施工。嚴(yán)禁出現(xiàn)施工、方案“兩張皮”的現(xiàn)象。特別針對地質(zhì)復(fù)雜隧道富水性較強(qiáng)的段落，必須提前根據(jù)設(shè)計(jì)涌水量大小，制定合理的防排水措施。往往這些段落，圍巖條件較差，發(fā)生坍塌的風(fēng)險大，安全防護(hù)和控制不當(dāng)還可能發(fā)生涌水突泥。必須嚴(yán)格控制每循環(huán)施工開挖進(jìn)尺和施工步距，加強(qiáng)支護(hù)，適時跟進(jìn)二次襯砌。當(dāng)?shù)叵滤枯^大時，可采取修建止?jié){巖墻和超前帷幕注漿的方式，待地下水量明顯減小和前方圍巖固結(jié)后再進(jìn)行掌子面掘進(jìn)施工。

表1 隧道施工安全步距控制

3.4 超前地質(zhì)預(yù)報(bào) 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)是地質(zhì)勘察工作在施工階段的延續(xù)，是在復(fù)雜地質(zhì)情況工程安全事故多發(fā)條件下，為滿足施工安全，采取一定的技術(shù)手段，獲取隧道洞身巖體的相關(guān)資料，運(yùn)用地質(zhì)理論方法進(jìn)行研究、分析，綜合考慮災(zāi)害發(fā)生規(guī)律，預(yù)報(bào)隧道掌子面的圍巖和富水情況，從而研判前方掌子面施工過程中可能存在的災(zāi)害類型。

針對復(fù)雜地質(zhì)條件隧道，必須建立嚴(yán)格的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)制度并嚴(yán)格執(zhí)行。隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作應(yīng)嚴(yán)格按相關(guān)規(guī)范要求和隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)實(shí)施細(xì)則執(zhí)行，采用詳勘成果與超前預(yù)報(bào)相結(jié)合、輔助導(dǎo)坑與主洞探測相結(jié)合、先行洞與后行洞相結(jié)合、超前預(yù)報(bào)與掌子面素描（地質(zhì)描繪）相結(jié)合的方法、地質(zhì)方法與物探方法相結(jié)合、洞內(nèi)探測與洞外地質(zhì)勘探相結(jié)合、長距離與中短距離預(yù)報(bào)相結(jié)合，并對不同的方法預(yù)報(bào)的結(jié)果進(jìn)行綜合分析、對比，相互驗(yàn)證，提高預(yù)報(bào)的實(shí)用性和準(zhǔn)確性。隧道超前水文、地質(zhì)預(yù)報(bào)應(yīng)符合相關(guān)規(guī)定的要求，采用正確的預(yù)報(bào)方法，各預(yù)報(bào)方法的搭接長度應(yīng)符合相關(guān)規(guī)范要求，中長距離預(yù)報(bào)方法搭接長度不得小于10 米，短距離預(yù)報(bào)方法搭接長度不得小于5米，嚴(yán)禁漏報(bào)。采用用兩種或兩種以上物探方法進(jìn)行預(yù)報(bào)。特別是在富水巖溶發(fā)育區(qū)、富水?dāng)鄬悠扑閹?、瓦斯突出區(qū)、低阻異常區(qū)、重大物探異常區(qū)、高地應(yīng)力區(qū)、高地?zé)釁^(qū)等地質(zhì)條件復(fù)雜地段必須采用超前水平鉆探和斜向鉆探，斜向鉆孔數(shù)量不得少于4 個，應(yīng)覆蓋隧道未開挖區(qū)域的頂部、底部、左側(cè)和右側(cè)，斜向鉆深度和角度應(yīng)以滿足安全施工和溶洞處理所需資料為原則。（圖4、圖5）

圖4 地質(zhì)雷達(dá)短距離超前地質(zhì)預(yù)報(bào)示意圖

圖5 超前鉆孔布設(shè)示意圖

3.5 應(yīng)急救援演練 編制應(yīng)急預(yù)案，這是應(yīng)急救援的基礎(chǔ)。但應(yīng)急預(yù)案要真正的發(fā)揮作用，必須進(jìn)行應(yīng)急救援演練。通過應(yīng)急救援演練發(fā)現(xiàn)預(yù)案中存在的不足，提高應(yīng)急預(yù)案的針對性和適用性。同時也提高施工作業(yè)人員的風(fēng)險防范意識和自救互就能力，提高協(xié)調(diào)配合能力，提高作業(yè)人員在緊急情況下的應(yīng)急處置能力。做到一旦出現(xiàn)預(yù)警現(xiàn)象或險情時，現(xiàn)場人員能夠高效、快速撤離現(xiàn)場，有序組織開展現(xiàn)場營救，避免出現(xiàn)盲目施救。

4 結(jié)語

在高速公路建設(shè)過程中，隧道工程的建設(shè)是風(fēng)險較大的一個環(huán)節(jié)。特別是云南地區(qū)復(fù)雜地質(zhì)條件下隧道工程的建設(shè)過程中，隧道坍塌、涌水突泥常有發(fā)生。大規(guī)模的涌水突泥災(zāi)害一旦出現(xiàn)，基本是束手無策。歸根結(jié)底，必須要不斷的提高隧道施工技術(shù)水平和安全管控措施，提高隧道涌水突泥災(zāi)害的預(yù)判和預(yù)防能力，最終達(dá)到降低復(fù)雜地質(zhì)條件下隧道施工安全風(fēng)險的目的。于此，主要分析了復(fù)雜地質(zhì)條件下預(yù)防隧道涌水突泥關(guān)鍵技術(shù)，設(shè)計(jì)階段從地勘工作入手，確保地勘資料的準(zhǔn)確性，施工階段以地勘資料為基礎(chǔ)，開展施工前的風(fēng)險評估，對隧道施工重大風(fēng)險部位、事故類型和風(fēng)險大小做出準(zhǔn)確預(yù)判，通過編制專項(xiàng)施工方案，做好超前地質(zhì)預(yù)報(bào)和應(yīng)急措施，為有效預(yù)防隧道涌水突泥做好充分的事前預(yù)防工作，有效降低隧道施工風(fēng)險。希望能夠?qū)υ颇系貐^(qū)復(fù)雜地質(zhì)條件下的隧道工程建設(shè)提供參考。