浅谈厦门翔安海底隧道施工安全风险管理

2011-04-14刘亚锋

山西建筑 2011年11期

刘亚锋

1 工程概况

厦门翔安隧道全长6 051m，跨越海域总长4 459 m，隧道采用一次修建双向三车道隧道，并在两隧道中间修建一服务隧道，隧道中心线间距约64 m～66 m(见图1)。按照高等级公路的设计标准，设计行车速度为80 km/h，隧道最大断面尺寸17.04 m× 12.56 m(宽×高)，建筑限界净宽×净高为13.5m×5.0m。隧道连接厦门市本岛和翔安区陆地，具有公路和城市道路双重功能，为厦门市第三条出岛通道。

2 地质条件及水文地质

本标段承建的隧道穿越陆域浅埋段、浅滩段及海域段三种地貌。陆域部分为剥蚀残丘地貌，地下水赋存形式为松散岩类孔隙水，风化基岩孔隙、裂隙水，基岩裂隙水三种，并均为弱富水性层，透水性较差，为弱或微含水层。浅滩段为泥砂堆积人工围海养殖区，根据地下水含水层所处位置及其不同的赋存形式，浅滩段地下水分为松散岩内孔隙水、砂层承压水。粗(砾)砂富水性强，渗透性好，为良好的含水层和透水层，具有承压性;全风化基岩孔隙裂隙水总体上富水性弱，渗透性较差，属于弱或微含水层。海域段围岩以弱～微风化花岗闪长岩和粗颗粒花岗岩为主，整体上岩体较完整，局部段高角度密闭型裂隙发育。地下水分为松散岩类孔隙水，风化基岩孔隙、裂隙水，基岩裂隙水三种，总体上富水性弱，渗透性较差，为弱或微含水层。

3 海底隧道施工特点

本隧道设计为三车道隧道，隧道具有施工断面大、长度较长、地质条件复杂、隐蔽工程多、施工空间狭小等特点，一旦发生安全事故，将可能导致人身伤亡、工期延误，甚至可能造成巨大的经济损失。为确保隧道建设安全，主要从安全风险评估与分析，落实安全监控和管理措施，建立安全预警保障体系等方面来提高应急处置，降低施工安全风险。

4 安全风险评估和分析

1)陆域浅埋富水段施工，陆域浅埋段围岩主要是全风化、强风化，总长度约250 m。该段地下水丰富，特别在雨季，地表水直接沿着风化岩原生、次生节理裂隙渗透补给，导致岩质软化，围岩自稳能力极差，极易发生坍塌、下沉等安全事故。2)海滩透水砂层段施工，隧道有长约600 m砂层，其中侵入隧道开挖断面的有230 m，该砂层段属于海积和冲洪积堆积而成，结构松散，粘聚力差。不但地下水丰富，透水性好，而且与海水相连通，极易发生涌水、涌砂等地质灾害事故。3)海域段风化槽施工，海域段分布有F2，F3风化深槽共两处，长度约152 m，岩性为全风化花岗岩和强风化花岗岩，结构松散，水头压力大于0.7 MPa，极易发生坍塌、突(涌)水灾难性伤害事故。4)初期支护异常变形，在不良地质情况下，采用CRD工法、上下台阶法开挖，控制沉降和水平收敛难度极大，容易发生坍塌事故。

5 安全风险监控和管理措施

1)采取综合超前地质预报，在施工中将超前地质预测预报工作纳入工序管理中，采取长距离探测与短距离探测相结合，多种手段并用(见图2)，互相验证，以提高预报的准确度。其手段有四种:a.采用超前水平钻孔探测，根据围岩类别不同，每断面布置3孔～5孔不等进行探测;b.采用超前预报系统TSP203对隧道进行探测;c.采用地质雷达对隧道掌子面及周边围岩进行探测;d.采用红外线扫描及时对隧道前方水系进行探测。通过采用这些先进的技术设备、仪器及时准确地对不良地质地段情况进行了探明，并根据地质超前预报结果，做出了合理预先处置。

2)实施两级监控量测，即第三方监控和单位内部监控量测相结合，建立最大日变形量和累计变形量的风险预警机制。主要通过采用TCRA1201全站仪对地表和洞内初期支护变化进行全程监控量测(见图3)，严格按照规范要求布点量测，确保监控量测数据真实、准确、完整，采集拱顶下沉和拱腰收敛原始数据，通过这些数据信息对围岩及支护系统的稳定状态进行判定，为围岩级别变更、初期支护和二次衬砌的参数调整提供依据，做到早发现、早预防、早处置，准确指导施工生产，确保了隧道施工安全。

3)制定专项施工方案，落实安全保证措施。针对陆域富水浅埋段围岩强度低、自稳能力差、断面大的特点，通过数值模拟分析，结合现场试验，通过采用“地下连续墙止水+深井降水+洞内TSS小导管双液注浆固结砂层”的综合施工技术，防止了砂层地下水动态流动，切断了海水对砂层的补给通道，解决了隧道穿越海域浅滩透水砂层的施工突泥、突水坍塌等施工安全难题。同时通过应用综合超前地质预报，确定了F2，F3风化槽的位置及性状，采用“上部周边帷幕注浆、超前长管棚、超前注浆小导管”等方式对F2，F3风化槽围岩进行超前预加固处理，对于破碎和风化严重地段采用“上部周边帷幕注浆+超前长管棚+超前注浆小导管”方式对围岩进行超前预加固处理等施工技术措施(见图4)，顺利通过F2，F3风化槽地段。

4)初期支护异常变形监控措施，按照“管超前、严注浆、短进尺、强支护、早封闭、勤量测”的施工原则，首先对隧道的开挖、锚杆施工、钢筋网挂设、钢支撑的安装、喷射混凝土、仰拱全幅施工、二次衬砌、隧道防排水等各分项工程进行了逐级安全技术交底。施工中，严格工序管理，规范作业流程，加强对进入隧道人员的管理，建立出入隧道登记制度。在隧道开挖作业中，严格控制开挖进尺和使用药量。在爆破作业完成后立即对开挖断面进行全面检查，清理轮廓面上不稳定的岩石，及时进行喷锚支护，加固封闭围岩，隧道二衬砌紧跟，保证隧道步长距离符合要求，有效避免了隧道初支护出现异常变形。

6 建立安全预警保障体系

1)远程监控成像系统可以随时掌握隧道里各个作业面的安全状况。2)门禁监控系统可以准确掌握人员、车辆、设备进出隧道情况等，并随时可以通过电脑掌握各类人员、车辆、设备进出隧道的情况。3)安全生产指示预警系统能及时有效地启动应急救援预案，及时通知救援小组人员和设备准时到达事故现场，实施抢险救援。按照隧道内事故等级，用蓝色表示Ⅳ级正常待命，用黄色表示Ⅲ级预警状态，用橙色表示Ⅱ级异常警戒，用红色表示Ⅰ级事故应急警报，根据不同级别警报通知应急相关人员赶到事故现场，投入应急救援和抢救工作。4)隧道通信延伸系统。为了保证事故及时报告，应急迅速，在隧道内安装了移动、联通延伸系统，保证了隧道里每个作业面信号全面覆盖，通信畅通无阻。5)应急保障系统。在隧道内设置了应急逃生通道(竖井旋梯和正洞作为逃生通道)，并安装了应急逃生方向指示灯(牌)和照明应急灯，保障在应急情况下人员、车辆、设备有序撤离。6)风化槽防水闸门系统由于海域风化槽段水压在0.5 MPa～0.7 MPa，一旦发生突水，将是灾难性事故，为此在隧道内专门针对穿越风化槽制作了防水闸门，安装在距风化槽施工50 m处的地方，确保万一发生突涌水时进行应急防护。7)开展应急演练，提升处置能力。在海底隧道施工中，为做到预防事故和应急救援相结合，提升现场应急处置能力，根据施工进展情况，结合危险地段的施工，先后组织开展了应急排水、应急电源转换和隧道防坍塌等多项应急演练。通过应急演练提高了作业人员的安全防范意识和应急处置能力。在工程实践中，成功的处置了YK11+856出现涌砂涌水险性事故。