浅埋隧道洞口段的风险管理

【摘要】本文以棋盘山隧道进洞施工为实例，介绍了在浅埋、偏压、软土隧道复杂地质条件下，如何应用风险评估和风险管理的理论，采用喷锚支护、管棚施工、超前小导管预支护、三台阶临时仰拱法等新工法，结合监控量测和超前地质预报的结果动态施工，成功规避了雨季隧道进洞施工的各种风险事件。

【关键词】浅埋隧道；风险管理；管棚；三台阶临时仰拱法

1、工程概况

新建贵阳至广州铁路（以下简称“贵广铁路”）棋盘山隧道位于广西壮族自治区贺州市平桂区境内，隧道全长2378m，进出口里程分别为：DK568+902、DK571+280，为单洞双线高速铁路隧道，设计速度目标值为250km/h，预留进一步提速条件，线间距为4.8m。棋盘山隧道穿越石灰岩孤山，地表岩石裸露，溶沟溶槽发育。隧道进口表层为第四系粉质黏土、黏土，层厚7.9～13.4m，硬塑，基岩面附近为软塑。基岩为泥盆系上统榴江组（D3l）灰岩，弱风化。地下水以基岩风化裂隙水为主。进口段残坡积黏土层较厚，基岩面较陡，基岩面附近多软塑，稳定性较差。隧道区属亚热带海洋性气候，常年气候温和湿润，雨量充沛，四至九月暴雨较为集中，为汛期。汛期雨量集中。夏季长而炎热，冬季短偶有奇寒，降雨量充沛但分布不均，有明显的干湿两季之分。多年平均降雨量1316.9mm～1497.7mm，最大日降雨量201.3mm～236.6mm。

2、风险因素识别

风险识别主要依据隧道施工设计图中“棋盘山隧道风险评估及对策措施设计表”和铁道部颁发的《铁路隧道风险评估与管理暂行规定》（铁建设[2007]200号）中的“表4.6.3矿山法施工风险因素核对表”、“表4.6.4洞口段隧道施工风险因素核对表”、“表4.6.7-1～4、”“表4.6.8”等风险因素核对表。风险评价方法主要依据铁道部颁发的《铁路隧道风险评估与管理暂行规定》（铁建设[2007]200号）中的“4.2铁路隧道风险分级和接受准则”相关内容。

3、风险分析及风险对策措施

按照评估结果，本隧道风险事件均为高度风险，属于不可接受范围，需采取针对性的措施将风险降低至可接受或可忽略范围。相关对策如下，并在施工过程中细化处理措施并认真落实，以期最大程度地降低风险至可接受范畴。

4、风险控制

为了保证顺利进洞，局指挥部、项目部及监理单位多次召开专项会议，根据现场实际情况发展，针对可能出现的各类风险进行讨论分析，并制定了相应的对策，动态控制施工阶段的风险。

4.1边仰坡支护。隧道进口边仰坡开挖时正好赶上雨季开始，已经无法避开。连日大雨使得山体水渗流相当严重，便道泥泞不堪，如不抓紧进行边仰坡支护那么已经开挖出来的边仰坡必定会失稳滑塌，对施工造成严重安全隐患并影响工期。洞顶截水沟距边仰坡开挖线边缘5m以外，已经砌筑完成，项目部马上组织队伍在边仰坡上架起脚手架，用彩条布先将边仰坡全部遮盖，分片支护。边仰坡全部采用喷锚网防护，锚杆采用φ22砂浆锚杆，L-4m，间距1.5×1.5m，梅花型布置；喷射混凝土采用10㎝厚C25网喷混凝土，钢筋网采用φ6，网格25×25㎝。洞口开挖出露地质发现，表层为棕红色黏土，比较松散，下部为褐黄色粉质黏土，软塑且不透水，两种黏土之间黏结性并不好，发生部分滑塌，为了把风险降低到更小，把滑塌部分清理掉后，采用6m小导管地表注浆，间距0.5×0.5m，然后焊接双层φ8钢筋网片，用喷射混凝土将滑塌部分全部填充封闭。

4.2洞口段超前长管棚预支护。洞口黏土吸水后发生膨胀，强度迅速下降，毫无自稳能力，决定采用40mφ108超前长管棚预支护，为以后进洞施工降低了坍塌的风险。长管棚导向墙采用C20混凝土浇筑，内设2榀I18工字钢架，钢架外缘焊接φ140导向钢管，环向间距为40㎝，钢管轴线与衬砌外缘线夹角1°～3°，钢管采用隔孔钻进，奇数号采用钢花管，注水泥浆，偶数号采用钢管，用M10水泥砂浆充填，以增强管棚强度。施工过程中先打设钢花管，然后打设钢管，以便检查钢花管的注浆质量。管棚钻孔过程中技术人员全程跟踪控制，详细记录，通过分析钻进速度及渣样等提前了解掌子面前方的地质情况，起到了超前地质预测预报的作用，为指导以后的施工做好了充分准备。

4.3三台阶临时仰拱法（四步）。管棚施工完后，采用挖掘机配合人工开挖的方式进行施工，可有效控制断面的超欠挖。。针对拱部极易掉块，隧道沉降变形难于控制，极易发生涌泥涌水坍塌的困难，通过专家分析论证，大胆采用三台阶临时仰拱加设竖向中隔壁施工。4.3.1施工工序：4.3.1.1（1）利用上一循环架立的钢架施作隧道及中隔壁超前支护。（2）开挖①部。（3）施作①部导坑周边的初期支护和临时支护，即初喷4cm厚混凝土，架立钢架及I18临时钢架，并设φ50锁脚锚管。（4）导坑底部喷20cm厚混凝土，施作①部临时仰拱，安设I18横撑。（5）钻设系统锚杆后复喷混凝土至设计厚度。4.3.1.2（1）开挖②部。（2）施作②部导坑周边的初期支护和临时支护，即初喷4cm厚混凝土，架立钢架，并设φ50锁脚锚管。（3）导坑底部喷20cm厚混凝土，施作②部临时仰拱，安设I18横撑。（4）钻设系统锚杆后复喷混凝土至设计厚度。4.3.1.3根据监控量测结果分析，拆除I18临时拱架。4.3.1.4（1）在滞后于②部一段距离后，开挖③部。（2）导坑周边部分初喷4cm厚混凝土，架立钢架。（3）钻设系统锚杆后复喷混凝土至设计厚度。4.3.1.5（1）在滞后于③部一段距离后，开挖④部。（2）初喷4cm厚混凝土，架立钢架。（3）隧底周边部分喷混凝土至设计厚度。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利用衬砌模板台车一次性浇筑部衬砌（拱墙衬砌一次施作）。

4.3.2应用本工法应坚持“弱爆破、短进尺、强支护、早封闭、勤量测”的原则。为确保在施工安全的前提下加快施工进度，我们还对施工工艺进行了细化。一是配合长管棚套打φ42超前小导管注浆对拱部做超前支护；二是严格控制每循环进尺在0.6m左右，即一榀钢架间距，必要时掌子面喷锚封闭、打设钢花管引排水以防止滑塌。工序变化之处钢架（或临时钢架）除设锁脚钢管外，还采用扩大钢架拱脚、拱脚垫槽钢的方法，以确保钢架基础稳定。钢架之间纵向连接钢筋采用八字型布置，交错铺设双层钢筋网片，以防止拱部掉块。开挖中台阶时分左右错开距离并留核心土支撑以减少沉降。三是上、中台阶临时仰拱快速封闭，拆除时每次不超过10m，下台阶及仰拱紧跟，全断面尽快封闭成环，一有条件马上施作二衬，并予以加强，步步为营，稳扎稳打。

4.4监控量测和超前地质预报。为避免坍塌冒顶、突水、突泥灾害的发生，确保施工安全，将监控量测和超前地质预测预报工作纳入正常工序。洞口段超前地质预测预报以地质调查法、地质雷达和水平钻孔超前探测为主，并实时监测洞内涌突水和洞外地表变化。通过风险分析，认为初支体系将会整体沉降，其沉降结果不可预知，因此开挖初支提前预留了20cm的变形量并将隧道断面标高整体提高了20cm，后来监控量测数据表明初支整体下沉了28cm，除去二衬的5cm预留变形量，还有7cm的富裕量，降低了初支变形侵限换拱的风险。监控量测的数据表明，在施作了临时仰拱后，初支下沉速度明显降低，而开挖支护中、下台阶和拆除临时仰拱时，下沉速度又显著增大，可见临时仰拱作用之重要。尤其在施工仰拱前，要进行下台阶的开挖、出渣、清底换填、架立钢架、喷射砼支护、绑扎钢筋等工序，时间较长，有必要选择晴天突击施工并对钢架接头加设临时横向支撑。

5、残余风险评估

在及时采取相应的风险对策措施后，隧道的施工风险会相应降低，但不可能完全消除，故在结合初始风险结果和制定对策措施的基础上，对隧道的残余风险进行再评估。评估结果见下表：

6、应急预案

6.1应急准备。为确保正常施工，预防突发事件以及某些预想不到的不可抗拒的事件发生，在风险分析的基础上，项目部成立了应急预案领导小组，下设通讯联络队、技术支持队、现场保卫队、抢险抢救队、医疗救护队、后勤保障队，组织人员认真对风险因素进行了识别和评估，有针对性制定出相应的应急措施，积极开展应急知识教育和应急演练，提高现场操作人员应急能力。根据预案配备了应急资源，包括：救援机械和设备、交通工具、医疗设备和必备物品、生活保障物资等。并与当地有关机构建立了正式的联系，以便在事故发生后及时得到外部救援。

6.2突发事故应急预案。6.2.1隧道冒顶事故。事故发生后，根据冒顶范围的大小和坍塌量的多少，成立若干抢险组轮番作业。如果人员被埋，要立即组织人员将埋料扒出外运，同时对顶板进行支护并注意观察，确保抢险人员人身安全。若冒顶范围不大、坍塌量不多、岩性较稳固，则可以在顶板支护后，将埋料扒出，直接通过冒顶区进入里面救人。若难以顺利通过冒顶区，则要考虑另开掘一条通道，绕过冒顶区。同时要通过水管、压风管等向里面供风和食物，并发出信号，让被堵人员知道外面已开始营救，坚定他们生存的信心。对救出的幸存者立即用毛巾等捂住眼角，并由医护人员进行救护。6.2.2隧道坍塌事故。重大坍塌事故发生后，立即组织抢险人员到达现场。根据具体情况，采取人工和机械相结合的方法，对坍塌现场进行处理。抢救中如遇到坍塌巨石，人工搬运有困难时，可调集大型吊车进行调运。在接近边坡处时，必须停止机械作业，全部改用人工扒石，防止误伤被埋人员。现场抢救中，还要安排专人对边坡、架头、浮石进行监护和清理，防止事故扩大。

7、结束语

通过对棋盘山隧道进口洞口段的施工，我们增加了浅埋偏压隧道的风险控制经验，首先必须充分了解水文地质资料及隧道围岩状况，结合现场实际情况，作出风险评估，然后制定完整的施工技术方案，并根据量测数据和超前地质预报及时调整施工方案，动态控制风险，此外还要结合专项应急救援预案，做好人员组织、技术、物资、机械的储备，预防风险的发生。

参考文献

[1]中华人民共和国铁道部.铁建设[2007]200号 铁路隧道风险评估暂行规定[S].北京：人民铁道出版社.

[2]铁道部经济规划研究院.TZ 204-2008 铁路隧道工程施工技术指南[S].北京：中国铁道出版社，2008年.

作者简介

陈鹏.出生年月：1982年8月.男.单位：中铁十四局集团第二工程有限公司.技术职称：工程师.从事工作：铁路施工技术与管理.