象山隧道岩溶突水防灾监测预警及救援技术

许 倩

复杂岩溶隧道发生突水突泥等地质灾害时为确保现场人员能够安全快速躲避、撤离免受伤害，需建立风险隧道安全应急及预防快速响应机制，这就是复杂岩溶隧道防灾监测预警及救援技术。

1 工程概况

新建龙岩至厦门铁路象山隧道是我国“华东地区第一长隧”，设计车速200 km/h。左右洞分别长 15.898 km，15.917 km，为特长铁路隧道。

2 技术概况

复杂岩溶隧道预警监控系统主要包括三方面内容:1)雨量、水量、水压观测及地表沉降观测系统;2)防灾报警、应急照明及逃生救援系统;3)完善与安全有关的各项制度。

3 降雨量监测

降雨量采用雨量自动记录仪进行监测。仪器设在控制隧道安全、极易发生重大突水突泥的富水溶腔段地表。

自动计录仪是属于自动测量技术范围，用于气象探测的收集地面降雨量信息的一种自动雨量站。可通过无线通信将数据传输到网络雨量查询系统上，可以直接在电脑上进行数据接收。

4 水文监测方法

4.1 水量

采用人工及自动相结合的方法。

1)人工量测:水量较小可采用量桶法量测，水量大时应集水归槽后采用堰测法量测。2)自动观测:集中汇水点(如隧道进出口、横通道汇集口、岩溶管道口等)均需设置自动流量测量仪，对流量进行24 h不间断监测。3)流量测定。a.容积法:计算公式Q=V/t，装水V时所耗的时间t，适用于小流量的简易观测。b.堰测法:一般有3种形式的堰，三角、梯形及矩形堰，三角堰适用于小流量的观测，梯形及矩形堰适用于大流量的观测，其规格见图1～图 3，计算公式如下:Q=Ch5/2，Q=0.018 6Bh3/2，Q=0.018 38(B－0.2h)h3/2。其中，Q为流量，L/s;B为堰槛宽，cm;h为过堰水深，cm;C为随h而变化的系数，其值如表1所示。堰槛宽规格，梯形堰堰口边坡1∶0.25，堰槛宽40 cm，42 cm，60 cm，64 cm;矩形堰堰壁厚度(指堰壁顶部的厚度)δ＜0.67h，堰槛宽20 cm，40 cm，60 cm。测量过堰水深时，应在堰口上游不小于3h处进行。

图1 三角堰

图2 梯形堰

图3 矩形堰

表1 随h变化的C值

4.2 水压

涌水洞内应设置不受开挖影响的水压观测孔进行水压测试。

1)测试方法:使用专门探孔进行水压测试，对孔口管封水、安装法兰盘、连接压力表，如图4所示。

图4 水压监测孔示意图

2)相关要求。a.打设探孔后，应对孔口管封水、安装法兰盘、连接压力表以及套管，并在孔内设置软式透水管。b.考虑到溶腔充填物可能影响或堵塞钻孔，应在钻孔内跟管设置软式透水管，以确保水压测量的精度及长期性。c.应经常性地对压力表进行检测、维修，发现压力表失效时，及时更换，确保所测压力的准确有效。

4.3 水位

对隧道上方地表钻孔及井内水位监测，可采用人工和自动水位仪两种方法进行。

5 地表沉降变形监测

5.1 沉降变形观测

观测的目的是通过沉降观测，分析沉降观测资料，根据变形数据初步判别变形范围和变形趋势，对灾害的发生做出合理的预警分析。

1)沉降变形测量等级及精度要求。沉降变形测量等级及精度要求按表2规定执行。

表2 沉降变形测量等级及精度要求

2)沉降变形监测网主要技术要求及建网方式。沉降变形一般主要采用垂直位移监测网。a.垂直位移监测网主要技术要求见表3。b.垂直位移监测网建网方式。垂直位移监测一般按沉降变形等级三等的要求(国家二等水准测量)施测，根据沉降变形测量精度要求较高的特点，以及标志的作用和要求不同，垂直位移监测网布设方法分为二级:基准点。要求建立在沉降变形区以外的稳定地区，基准点使用全线二等精密高程控制测量布设的基岩点、深埋水准点、沉降变形点。直接埋设在要测定的沉降变形体上。要求设置牢固，便于观测，且不破坏沉降变形体的外观和使用。

表3 垂直位移监测网主要技术要求

5.2 地表沉降评估

测量单位要按照观测时间要求，及时进行沉降观测。观测数据按照统一格式填写，所有测试数据必须真实准确，记录必须清晰，不得涂改。

6 建立风险预警管理机制

6.1 建立风险点快速反应机制

根据进洞施工条件，建立风险点预警等级制度及可靠的专项安全应急预案，并对所有员工进行遇险逃生教育，严格执行工前教育制度。

6.2 在洞口设置预警警示牌

对所有进洞施工人员进行风险安全意识教育，并为每名员工配置风险源安全标示卡，洞口设置安全进洞条件预警警示牌。

6.3 定期组织安全逃生演练

每月进行1次逃生演练，演练前进行周密部署，演练后召开专题会进行总结。

6.4 防灾报警、应急照明及逃生救援系统

1)监控量测及观测系统。a.全面对初支及未衬砌段进行检查，发现水压变形及坍方隐患立即进行结构补强。b.加强隧道被涌水浸泡墙脚部位的观察，防止墙脚失稳。2)防灾报警系统。a.电话报警。b.报警器报警。c.对讲机报警。d.喇叭报警。e.口哨报警。f.电视监控。3)应急救援系统。a.应急救援车。在洞内作业集中区设置救援专用车，24 h待命。b.救生绳。在隧道边墙两侧，悬挂安全绳、贯通全洞。c.救生圈。在隧道洞内各工作面边墙处每隔30 m～50 m放置救生圈10个。d.安全平台。隧道内主要作业区搭设安全平台，在平台上配备部分救生器材。e.救生网。在隧道边墙布设救生网。f.救生衣。在隧道施工各掌子面配足救生衣，高风险作业面人员随身穿带。

7 安全管理规定

1)严格执行进出洞一人一卡登记制度。洞口设值班室，进洞人员凭“卡”进洞，洞口设专人进行登记，并挂牌公布洞内人员动态。

2)配齐专职安全人员。每个作业区配置2名专职安全员，发现问题及时示警疏散作业人员。

3)健全安全教育培训制度。每周进行一次安全教育，对全体人员进行风险源、自救、逃生组织的培训及演练。

4)完善防灾逃生演练制度。每月进行防灾逃生演练，每周对应急报警及逃生系统进行检查，随时更换损坏设施。

[1]李广慧.宜万铁路野三关隧道施工防灾预警技术[J］.铁道标准设计，2010(8):20-22.

[2]李庚许.宜万铁路大支坪隧道岩溶地质灾害综合防治技术[D］.北京:中国地质大学，2009.

[3]王立暧，马志富，杨贵生.铁路隧道防灾救援技术研究[J］.铁道标准设计，2007(11):50-53.