浅析莲岗隧道施工风险评估及对策措施

李刚

摘要：文章结合深茂铁路莲岗隧道工程的具体情况，在施工图阶段风险评估的基础上，综合实施性施工组织设计对莲岗隧道进行评估并制定相应的对策措施，主要侧重于施工安全，重点对断层破碎带富水区、围岩塌方、突水突泥等典型风险进行评估。

关键词：隧道工程；风险评估；断层破碎带；富水区；围岩塌方；突水突泥 文献标识码：A

中图分类号：U455 文章编号：1009-2374（2017）07-0162-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.07.077

1 工程概述

莲岗隧道起止桩号K151+867.81～K154+284，设计长度为2416.19m，最大埋深约252m，为单洞双线隧道；隧址场区属丘陵地貌。丘坡自然坡度20°～30°，植被发育，地面最大标高306m，隧道最大埋深约252m。隧道右侧60m外为长坑水库，溢洪道标高36.7m，比隧道标高低12～18m。

根据勘察揭示，隧道穿越场地的地层为第四系冲洪积碎石土（Q4）碎石土，中密，主要分布在隧道出口。下部为燕山期晚期花岗岩（γ5），按风化程度可分为全、强、弱风化三层。隧道Ⅴ级围岩116.19m，占5.1%；Ⅳ级围岩260m，占11.3%；Ⅲ级围岩150m，占6.5%；Ⅱ级围岩1771m，占77.1%。

莲岗隧道洞身穿越多条断层，多条节理裂隙密集带。隧道场地地下水类型主要为松散岩类孔隙水及基岩裂隙水，地质钻深测出涌水量为1560m3/d，隧道单位长度最大涌水量为2.01m3/d，最大涌水量達2364m3/d，属弱富水区，在隧道开挖后，由于卸荷、偏压等效应使地应力重新分配，可能导致潜部裂隙张开，其导水能力增强，易使地表水溪水漏失，流量减少。

隧址区内主要不良地质现象包括危岩落石等。

2 莲岗隧道风险评估内容和评估方法

2.1 风险评估程序

按照《铁路隧道风险评估与管理暂行规定》的要求，结合莲岗隧道的实际情况，确定风险评估基本程序如下：（1）施工前针对本隧道地质资料，确定可能产生风险因素发生的概率和可能造成的损失；（2）确定风险因素对施工安全的影响程度，分析各风险因素的影响范围；（3）对各风险因素的等级进行定性分析，最终确定隧道施工风险等级；（4）根据隧道风险等级选择最合理的施工方案、防护措施；（5）将风险评估报告及防护措施报上级单位进行审查，并提出修正意见；（6）经过上级部门及相关专家的评审，完善风险评估报告并严格执行。

2.2 风险评估流程图

2.3 评估内容

根据莲岗隧道的地质成因，工期要求，现有施工水平，对洞门施工、隧道开挖及支护，二次衬砌、隧道防排水、通风等每一项工作进行风险评估，找出风险源。本次针对塌方（垮塌）、断层涌水、进洞风险、危岩落石等进行风险评估。

2.4 风险指标体系

莲岗隧道风险指标体系见表2：

2.5 风险源清单表

根据设计和地勘资料分析莲岗隧道风险类型，可能产生风险的原因及风险源，可能产生的严重后果见“莲岗隧道风险清单表”。

3 超前地质预报与风险评估

3.1 地质勘探和现场调查资料

根据设计单位提供的地质资，莲岗隧道共有9条断层（其中4条断层与水库连通）及两个节理裂隙密集带。隧道施工时，先采用地质雷达仪、红外线探水仪、地震波反射法和常规地质法等仪器设备，分别对施工掌子面前方30～100m范围内的隧道围岩进行探测，对各种仪器所探测的前方围岩情况、围岩间水源补给、岩体内涌水量大小及压力等情况进行综合分析。同时通过超前地质预报发现围岩中的软弱夹层、异常带和岩体破碎带等，找出易坍塌、塌方段、可能产生的危岩落石段等风险事件。

3.2 地质素描确定岩性，控制风险事件

地质素描的目的，每次爆破后或掌子开挖后，对掌握掌子面正面和侧面进行量测，及时掌握围岩产状、结构、岩性、稳定程度、是否存在危岩落石情况以及围岩裂隙、不良气体浓度等，绘制掌子面地质素描图和洞身地质素描图。当初期支护完成后，检查喷射混凝土是否开裂和掉块现象并做出记录，施工中监测地表水文状态大小时间及形成的态势，分析地表水对隧道施工对的影响，确定施工控制措施，根据地质素描图和监测记录掌握开挖掌子面是否安全，施工方案是否得当，积累施工资料和施工经验。

3.3 TSP203超前地质预报系统，控制风险事件

充分利用TSP203超前地质预报系统，由于TSP203超前地质预报系统具有高分辨率的隧道折射地震（微地震）勘探能力，可监测断裂和岩石强度降低地带的围岩状况，其监测距离150～300m内。其目的是为了预测围岩的物理特性和岩石类型的变化、破碎带、破裂区、陷穴的出现等，对施工方案及时进行补救或修改，确定安全的爆破方案，确定掘进尺寸等。

3.4 地质雷达预报，控制风险事件

应用电磁波反射原理进行探测。由于地质雷达仪能隧道围进行短距离（30～40m以内）的监测预报，并能精确分析岩性结构变化情况。在施工过程中我们经常采用地质雷达作为探测隧道围岩的补充手段，同时用以检测二次初衬砌的质量。

3.5 红外探水，控制风险事件

红外探水仪由于操作方便，能每20m测量一次。并且准确率高，因此用它来监测隧道围岩是否存在裂隙水和涌水，但对水量、水压等重要参数无法预报。

3.6 利用超前水平钻探，控制风险事件

当采用红外探水仪探测到隧道掌子面前方存在涌水或裂隙水时，为了明确水量大小及压力值则需要采用超前水平钻探进行探测，采用超前水平钻探可以明确了解掌子面前方围岩组成，岩性等资料，对围岩级别的判断提供有力依据，并对下一步施工方案的确定指明了方向。

3.7 隧道施工监控量测，控制风险事件

按照《铁路隧道监控量测技术规范》（TB10121-2007）及“铁建设【2010】120号”文的相关要求进行监控量测。监测各施工阶段围岩支护状态、确保施工安全，超前地质预制系统数据，对帮助确定安全合理的开挖和支护方案起到了十分重要的作用，施工过程中的监控测量数据，则是考量初期支护设计参数是否安全合理的一个重要依据，同时也是考量二次衬砌和仰拱的施做时间的一个重要依据。

3.8 莲岗隧道过程控制措施

在施工过程中，要更加注意单一超前地质预报的局限性，同时仅凭设计地质勘探资料和现场调查资料进行对比分析是不够的，针对性地采用超前地质预报监测手段，综合分析判断围岩的岩性、风化程度、断层位置及状况、涌水量及涌水压力等，确定合理的施工方案，并进行动态监控，对不足的地方及时进行调整。

莲岗隧道施工主要是针对坍塌、塌方，断层涌水，危岩落石，环境影响等风险事件提出对策措施。

4 主要风险及对策措施

4.1 莲岗隧道坍塌、塌方施工对策措施

莲岗隧道经地质断层破碎带，且涌水量大，在隧道开挖后极易产生坍塌、塌方现象，洞门施工时处理不当也容易导致边坡失稳坍塌。针对本隧道的施工特点，经过风险评估后，将采用以下应对措施：（1）明洞及洞门段地质稳定性差，开挖时采用人工配合机械由上而下进行。遇到较大孤石或少量硬质岩时，风钻打眼、微药量解体，风镐修凿轮廓或非电控制光面爆破，不得扰动边坡，影响边坡稳定。洞门处弃碴采用装载机或挖掘机装车，然后运输到环保局规定卸碴地点卸车。边坡开挖前做好排水系统，开挖坡度按设计图实施，当开挖到洞口时施作洞门，开成稳定的进洞状态。结合边坡地形稳定程度，坡面用锚杆、钢筋网、喷砼作为临时防护，以确保施工安全；（2）明洞的防排水施工与隧道的排水侧沟及洞顶的截、排水设施统筹考虑，明洞外模拆除后及时施作防水涂料及墙后排水盲沟，在明、暗洞分界处设环向止水带，洞门施工完成后，进一步完善洞外排水系统，确保洞外安全，防止坍塌、塌方现象发生；（3）掌握围岩的发展变形规律，确定安全的施工方案，严格按照工艺工法的要求进行施工，严格控制爆破药量，减少对围岩的扰动，及时施工初期支护；（4）当遇塌方体前进行预支护，支护方法根据围岩稳定程度，采用注浆大管棚辅以注浆小导管或直接用注浆小导管注浆，稳定塌方体。对塌方体采用短进尺、分阶段开挖以策安全，对塌方体的支护做到随挖随支，以减少围岩暴露时间；（5）塌方体段二次衬砌工作紧跟开挖工作面进行，力求尽早衬砌成环；（6）加强监控量测频率，及时发现围岩变形，迅速采取有效的处理措施。

4.2 危岩落石的应对措施

莲岗隧道部分地质岩性为岩体破碎，岩芯呈砂状土状，原岩结构可辨，手捏易散、碎，浸水易软化、崩解，常夹有球状强～弱风化孤石。危岩在外应力的作用下常突然下落，危害性大，且性质复杂极易造成危岩落石，危害施工安全。

危岩落石分布于莲岗隧道洞口边坡处，洞内遇到围岩破碎、堆积松散也容易产生危岩落石。

（1）在洞门外修筑排水设施，防止岩体被水浸泡，发生脱落。采用挂网+锚杆+喷射混凝土防护；（2）开挖时，对洞内不稳定的危岩落石及时清理干净，及时支护，形成保护；（3）加强监控监测，确定危岩落石的面积和范围，及时防护确保安全。

4.3 莲岗隧道断层富水地段施工控制措施

本隧道存在断层富水地段，极易产生突然涌水、涌泥现象危及施工安全，在风险评估中将本隧道断层涌水施工方案进行重点评估。

（1）采用超前地质预报手段和通过正洞已开挖地段实测涌水量来推断未开挖地段的涌水量；（2）超前水平钻孔：当采用物探法探测前方有可能出现突泥、突水时，利用水平钻机钻孔，探水孔直径一般为50～120mm，钻孔外插角为10°，每次钻进20～30m，保留5m止浆盘岩，暂时封闭水量较小的探孔，只留一个喷距最大的探孔量测喷出水的距离；（3）断层、富水地段的施工原则。断层、富水地段施工原则为“以堵为主、限量排放”，有效堵塞渗水通道，降低围岩的渗水能力，确保隧道施工安全和施工质量；（4）探水及注浆。采用超前钻探探测水量。根据探水孔涌水量及涌水压力大小决定注浆止水的施工方法；（5）全斷面帷幕注浆止水。当接近断层破碎带且水量较大可能发生突水地段时，采用超前帷幕预注浆和开挖后径向补充注浆形式封堵地下水流。超前帷幕注浆的注浆范围为衬砌外5m或8m，单孔注浆浆液扩散半径为4m。超前注浆每一循环注浆长度为30m，开挖22m，保留8m止浆岩盘。

压力注浆按先外圈后内圈、先下后上、先疏后密的顺序，分批进行，同一圈孔间隔施工。岩层破碎容易造成坍孔时采用分段前进式注浆，为避免钻孔串浆，可以钻一孔注一孔。

4.4 莲岗隧道环境影响施工控制措施

施工中根据莲岗隧道施工可能对环境造成的不利影响，制定了详细的施工方案，在施工过程中将严格按照施工方案进行施工。

5 结语

莲岗隧道是深茂铁路的重难点工程，隧道洞身穿越多条断层，多条节理裂隙密集带，在隧道开挖后，由于卸荷、偏压等效应使地应力重新分配，可能导致潜部裂隙张开，其导水能力增强，易使地表水溪水漏失，流量减少。此外，莲岗隧道长度较大。综上所述，莲岗隧道风险较高。所以，在施工过程中，通过加强监控量测，及时掌握围岩以及支护的状态等措施尽可能保证结构的稳定性，保障施工安全，确保隧道工程质量。

参考文献

[1] 杜立新，王庆林.浅谈兰渝铁路隧道四大高风险源及应对措施[J].现代隧道技术，2011，48（2）.

[2] 魏龙海，贾媛媛.黑山门隧道安全风险评估研究[J].广东公路交通，2011，（1）.

[3] 刘靖，艾智勇，苏辉.山岭隧道新奥法施工过程动态风险评估[J].同济大学学报（自然科学版），2012，40（8）.

[4] 徐慧芬，魏龙海，路军富.梅花箐隧道安全风险评估研究[J].路基工程，2011，（5）.

[5] 陈绍华.关角隧道风险评估[J].现代隧道技术，2009，46（6）.

[6] 陈赤坤，郑长青，曹磊.铁路隧道风险评估体系的研究和探讨[J].铁道标准设计，2007，（z1）.

（责任编辑：小 燕）