反坡大高差强涌水隧道安全管理措施

赵 宇，赵龙涛，全 斐

(中铁十局集团有限公司 济南市 250000)

随着我国交通基建的快速发展，大量修建了铁路及公路山岭隧道，在复杂地质地区修建隧道，在掘进中不可避免地穿越不良地质，伴有地下水突出时发生“突泥涌水”[1-3]。传统隧道在发生涌水时因隧道洞身坡率小往往可以有效抽排，进而消除或减轻灾害的影响，而反坡大高差隧道因反坡排水距离长、坡度大、扬程高，强涌水涌出时可以瞬时汇集，快速淹没洞身，发生事故的危险极大，严重威胁施工人员生命安全[4]，所以通过探索反坡大高差、强涌水隧道安全管理的方法，确保施工安全极为重要。

1 工程概况

红豆山隧道全长10616m，最大埋深1020m，2#斜井为无轨运输双车道斜井，与正洞交于DK122+000左侧，轴线与线路前进方向夹角约90°，斜井洞口与隧道正洞高差为150.7m。该隧道位于云南省临沧市凤庆县及云县境内，为南亚热带高原性湿润季风气候区，地质区域为澜沧江断裂带，受地震板块碰撞“嵌挤、揉搓”作用，区内深大断裂发育，岩体总体破碎，裂隙发育。该区域水文地质条件复杂，地下水类型多，主要存在松散岩孔隙水、基岩裂隙水、断层裂隙水。南亚热带湿润气候促使该地区降雨期长、降雨量大，为裂隙水的补给创造了良好条件，因此山体内裂隙及断层内蕴含了大量的地下水，随着隧道掌子面掘进山体内隐伏的裂隙水从掌子面、洞身急速涌出。

2 隧道涌水特征及风险

红豆山隧道复杂的地质条件创造了独有的强涌水特征，从已发生的涌水情况分析，涌水特征主要表现为：从掌子面、拱顶及洞身左右两侧呈多股状水喷射；掌子面呈现水沿着裂隙带伴随“水叫”声，放射状喷出；随着隧道掘进，在洞顶、洞身先期出现“雨淋”现象，若出现拱部垮塌，水从垮落带、裂隙带泄出涌入洞内；若围岩蚀变弱化，强涌水呈泥水混合状态倾泻而出，迅速吞噬作业面。因此安全风险主要为瞬时发生突涌，急速汇集、快速淹没洞身，造成人员伤害风险，发生安全事故的概率极高。

3 安全管理措施

3.1 风险辨识

根据相关工程经验，突水突泥的规模均较大，加强地质超前预测预报，溶腔或断层等不良地质通常可以被发现[5-6]。根据地质勘探资料对隧道风险等级进行划分和风险评估，进而制定隧道超前预报管理制度，实施超前探孔、TSP及瞬变电磁探测技术，探测掌子面前方地质围岩状况、隐伏地下水。

重点检查超前探孔施作情况，探孔的数量、长度达标情况，杜绝不钻冒进；观测掌子面探孔孔口及裂隙带有无股状水流出，如有则观察水的状态以及流量；结合瞬变电磁探测图查找有无大面积囊状水，对囊状水部位施作超前钻探释放；及时将超前钻探信息发布到风险评估小组，研判掌子面前方风险，并辅以安全预警予以发布。

3.2 质安体系建设

制定强涌水隧道安质监督体系文件，明确不同层级人员职责：

第一层级为架子队安全员，负责跟班查看掌子面超前探孔施作，测量掌子面涌水量，检查抽排水系统运转情况。发生突涌时及时发出安全警报并协助作业人员安全撤离。

第二层级为工区级安质监督人员，负责日常巡查，检查掌子面超前探孔施作，结合探测图查看隐伏囊腔是否进行了钻探释放，检查掌子面涌水量及抽排情况、抽排水系统和电力系统运转情况、应急物资储备情况、安全员跟班履职情况，查找反坡排水不安全因素及隐患，监督架子队落实整改。负责工区级安全预警发布，并反向预警至项目部安质部，发生强突涌事件时负责紧急报告、人员避险、应急救援、协助调查等工作。

第三层级为项目部级安质监督人员，负责日常监督检查，重点检查掌子面超前探孔施作情况，检查掌子面涌水量及抽排情况、抽排水系统及电力系统运转情况、工区执行排水系统检查制度情况、防突涌应急救援物资储备情况、安全员跟班及工区级安质人员履职情况，查找反坡排水不安全因素及隐患，监督工区落实整改。负责项目级安全预警发布，以及接到工区反向预警的紧急报告、发布预警工作，发生强突涌时负责向应急领导组报告，协助应急救援，协助调查等工作。

3.3 安全预警及管控系统

建立隧道安全风险预警管理办法，成立安全预警领导小组，结合风险评估情况进行发布。涌水安全预警分为三级，分别为Ⅰ级红色预警，Ⅱ级橙色预警，Ⅲ级黄色预警[7-8]。为确保作业人员人身安全，对分级预警辅以分级管控。

(1)Ⅰ级红色预警

主要表现：掌子面涌水量≥800m3/h；掌子面超前钻探孔内、围岩裂隙中涌出的水质混浊或由澄清变浑浊，涌水喷射距离≥10m；隧道拱部出现较严重的浑浊渗水，并呈暴雨状。此时隧道内有可能发生严重强涌水、突泥灾害，导致重大安全事故。

管控措施：项目部主控，由项目部领导带班指导施工，若掌子面地质条件较好，水质澄清可持续施工；若掌子面呈严重蚀变，水质逐步变浑浊，立即撤离施工人员，同步观测掌子面稳定情况，制定切实可行的围岩加固措施，隐患消除后方可组织后续施工。

(2)Ⅱ级橙色预警

主要表现：掌子面涌水量400～800m3/h；掌子面超前钻探孔内、围岩裂隙中涌出的水质澄清状或由浑浊变澄清，涌水喷射距离≥5m；隧道拱部出现较为严重的渗水，并呈阵雨状。此时隧道内有可能发生较为严重的强涌水、突泥灾害，导致较大安全事故。

管控措施：工区主控，由工区领导带班指导施工，若掌子面地质条件较好，水质澄清可持续施工；若掌子面呈蚀变状，辅以超前加固补强措施，并由安全员做好跟班防护，同步观测掌子面稳定情况、水质状况、水流情况，直至风险段落通过。

(3)Ⅲ级黄色预警

主要表现：掌子面涌水量<400m3/h；掌子面超前钻探孔内、围岩裂隙中涌出的水质呈澄清状，涌水喷射距离≥3m；隧道拱部出现较为严重的渗水，并呈雨滴状。此时隧道内有可能发生强涌水，导致一般安全事故。

管控措施：工区架子队主控，由架子队长带班施工，若掌子面地质条件较好，水质澄清可持续施工；若掌子面围岩裂隙较为发育、有软弱夹层，由安全员做好跟班防护，同步观测掌子面稳定情况、水质状况、水流情况，直至风险段落通过。

3.4 进洞人员管理

设立专职进洞管理员，所有进洞人员必须在洞口实名登记个人作业方位、作业内容、进洞时间、出洞时间等信息，确保在突发灾害时实现快速核对、精准确认。

3.5 抽排水系统检查

(1)排水系统检查

检查是否在斜井、平导抽排水固定泵站内配备备用发电机，发电机再用状态是否良好；检查水仓内抽水泵配置的数量、扬程、功率是否符合专项方案的要求；检查各泵站水泵的运转情况，对未启用的水泵要进行试运转测试，确认水泵能实现即时启动；检查抽排水管路同水泵连接状况，是否存在漏水及连接螺栓缺失现象；检查抽排水管路是否设置流量表，流量表是否已标定，是否有效运转。

(2)电力系统检查

检查电力系统是否按双路电源储备，每路电力功率是否满足抽排水设备的使用要求；检查备用电力系统是否能实现即时切换，立即启动；检查变压器有无特殊声响，有无放电痕迹，有无破损及渗漏；检查连接电路是否同配电盘有效连接。通过以上检查确保电力系统24h不断电。

3.6 应急储备措施

(1)安全教育与培训

开展安全教育主题以及应急知识培训，举办隧道防突涌安全知识培训班，从隧道涌水特点、涌水防范、典型案例分析等方面对作业人员进行系统培训。

(2)应急救援物资储备

在施工现场作业面附近储备不少于当班施工人员数量的救生衣、救生圈、救生筏，并每隔50m在隧道拱顶埋设应急救生绳，确保在突涌情况下的人员紧急自救。

(3)移动网络进洞

在洞口、平导同正洞交叉口配置移动信号小型基站，确保移动网络在洞内全覆盖，实现突发强突水情况下的紧急报告、应急响应，撤离施工人员等工作的通讯畅通。

(4)报警装置

在各掌子面配备无线声光报警器，当发生突涌紧急事件时，由安全员启动声光报警装置，声光报警装置发出警报，作业人员接到警报信息后沿逃生路线撤离。

(5)应急演练

模拟发生强突涌紧急事件：一是带班作业领导命令安全员启动声光报警装置，洞内各作业面安全警报响起，并指导作业人员立即避开出水口和泄水流，获取救生衣并向洞口方向奔跑，有序紧急避险；二是模拟作业人员被涌水围困，使用救生绳、救生筏进行紧急自救；三是模拟救援，应急领导小组接报后，在如实掌握被困人员情况下，立即向地方应急救援部门报告，请求地方支援，并根据突涌实际情况，在确保安全的情况下，由专业人员指导抢险救援队实施救援。

4 结论

针对红豆山隧道2#斜井反坡特点，分别从风险辨识、质安体系建设、安全预警系统、人员管理、抽排水系统检查、应急储备等方面保证施工安全。主要结论及建议如下：

(1)通过检查掌子面超前探孔施作情况，及孔口内股状水流出的状态、水质情况，同步辅以查看瞬变电磁探测图，可以查找有无大面积囊状水，实现对掌子面前方安全风险的研判，有效指导安全施工。

(2)建立反坡强涌水隧道安质监督体系，可实现不同层级的安质人员的专业互检，隐患问题的早发现、早整治，有效防止突涌安全事故的发生。

(3)采取涌水隧道安全预警及安全分级管控，可以有效管控不同预警状态下的安全风险，深入落实预警管控措施，有效杜绝安全事故的发生。

(4)反坡大高差强涌水隧道的排水系统良性运转是确保安全的重要手段。

(5)开展涌水隧道应急知识培训和救援演练，可实现施工人员有效防范“突涌”危害，遇紧急情况时实现自救及启动应急救援。

(6)反坡大高差强涌水隧道安全管理方面的思考：在复杂地质条件下，应在超前预报、涌出物处理、注浆质量和开挖支护方面予以加强。尝试探索蚀变围岩临界水压力，可判断强涌水条件下突泥发生的临界值，实现早预测、早预防。