岩溶隧道施工全过程风险管控措施

汪黎黎　黄梦昌

摘要：岩溶隧道是高速公路建设工程中的难点。岩溶地质灾害严重影响隧道施工工期、施工质量，并极大地增加了施工安全风险。文章提出了岩溶隧道施工全过程风险管控的理念，并针对当前隧道施工安全管理存在的一些问题与不足，结合实际工程案例，从施工前、施工中、施工后三个阶段对岩溶隧道风险管控措施进行了探讨，以期为同类工程提供参考。

关键词：岩溶;隧道;施工安全;风险管理

0 引言

岩溶隧道为高速公路建设中常见的重难点工程，岩溶地质灾害严重制约着公路隧道施工周期，影响施工质量，为公路建设重大安全事故易发、高发部位。随着交通强国战略的逐步实施，高速公路网建设将更快更密。而我国又是世界上岩溶分布最广的国家，可溶岩层分布面积超过344万 km 2，约占1/3的国土面积，其中又以广西、云南、贵州等地区的岩溶最为发育。因此，岩溶隧道施工安全管理将成为我国公路建设领域的一个重要议题。

本文依托在建柳州经合山至南宁高速公路吾排隧道的工程实践，结合隧道建设安全管理常见问题，对岩溶隧道施工全过程（施工前、施工中、施工后三个阶段）风险管控进行了探讨，以期为同类岩溶隧道安全生产提供经验借鉴。

1 当前隧道施工安全管理常见问题与不足

1.1 隧道洞身现场揭露地质条件与事前判别不一致的矛盾

隧道工程主体一般深埋于山体内，而目前的勘察技术手段较难完全查清隧道深部复杂的地质问题（国内外皆如此），隧道建设始终存在“地面勘察难以探明深部，而隧道深部施工安全、工程处理又要求尽量探明”这一对矛盾。为解决这对矛盾，只能在前期勘察的基础上，强化隧道施工过程的超前地质预报工作[1]。

1.2 施工安全风险评估工作深度不足

隧道工程施工环境条件复杂，施工组织实施困难，作业安全风险高居不下，一直以来都是行业安全监管的重点环节。为提高施工现场安全预控的有效性，交通运输部自2011年开始逐步施行施工阶段隧道工程施工安全风险评估制度。

根据当前风险评估制度施行情况，常见问题有：（1）部分施工安全风险评估报告针对性不强、深度不足，对下阶段工作的指导有限;（2）项目建设过程中未能将施工安全风险评估报告作为制度性指导文件执行落地，仅仅只是作为前期工作和竣工文件的必备资料进行归档备查，未充分发挥其技术指导作用。

1.3 超前地质预报工作不科学

超前地质预报工作是隧道工程安全施工的重要判别依据，而部分项目对超前地质预报工作依然重视不够，常见问题有：（1）隧道工程项目监控量测未纳入工序管理，未列入工程成本;（2）超前预报方案不科学，监测水平不足;（3）监测资料弄虚作假，对监测数据不进行分析，未起到预报、预警的作用。

1.4 施工质量控制不足

在软弱地层中打隧洞就“如同在豆腐块中挖洞”，隧道开挖方法和支护形式必须安全可靠。常见施工质量问题有：（1）未严格执行隧道安全专项施工方案，存在方案与实施“两张皮”的现象，如“为了施工方便，擅自改变施工工法”“長台阶、超步距开挖”“仰拱、二衬施作滞后”等;（2）工法运用不当导致围岩强烈扰动，岩层位移和变形严重超限;（3）隐蔽工程质量缺陷，主要体现为支护结构偷工减料、背后脱空问题，超挖部位采用石棉瓦、土工布等遮挡后喷射混凝土，致使初支背后存在较大空洞等质量安全隐患;（4）防水工程重视度不够，施工质量不高。

1.5 隧道洞内安全逃生系统设施缺乏

岩溶区隧道施工掌子面前方可能存在富水溶腔、岩溶破碎带，施工过程稍有不慎可能导致瞬间突水、涌泥及冒顶塌方的灾害[2]，灾害的发生快速、迅猛。

当前隧道施工普遍存在洞内安全逃生系统设施缺乏或设置不当的问题，且疏于日常安全教育和逃生演习。一旦发生安全事故，难以为应急救援争取宝贵时间。

2 全过程风险管控思路

岩溶隧道安全生产涉及建设单位、设计单位、施工单位、监理单位四方，根据以往岩溶隧道施工的经验与教训，岩溶隧道安全生产应具备六个要素：安全设计、安全评估、安全管理、安全预报、安全施工、安全逃生与抢险，涉及公路隧道工程建设全过程。

岩溶隧道施工安全管理应贯穿于施工前、施工中、施工后三个阶段，即隧道施工全过程均应开展风险管控，依次为：施工安全风险评估（施工前阶段）、安全预报（施工前）、安全施工（施工中）、安全逃生与抢险（施工后）。

3 岩溶隧道施工安全全过程风险管控

3.1 工程案例

吾排隧道位于忻城县果隧乡古抗村吾排屯，为分离式+小净距隧道，设计长度为1 600 m，属长隧道。隧道净空为11.65 m×5 m。隧道洞身有断层破碎带，溶洞强发育。以YK72+645～YK73+000段为例，根据勘察设计资料，隧道地质情况如图1所示。

3.2 施工安全风险评估

施工前阶段，依据风险评估指南要求严格执行施工安全风险评估制度，主要措施如下：（1）总体风险评估，应对Ⅲ级（高度风险）隧道主要风险源进行分析与辨识，用以指导隧道施工组织设计及下阶段专项风险评估工作;（2）专项风险评估，应就隧道存在的洞口失稳、塌方、突水涌泥、大变形等风险进行分区段评估其风险等级，制定相应的风险控制措施，指导下阶段隧道专项施工方案的编制工作。

3.3 安全预报

掌子面施工前，吾排隧道采用超前地质预报与超前水平钻相结合的方式进行钻探，同时对前方地质条件复杂、较大可能性存有溶洞的施工段落进行TGP物探，有效地掌握掌子面前方的地质条件情况。同时项目采取隐伏岩溶综合物探对支护过后的溶洞段进行探测，进一步掌控顶部情况，降低事故发生的可能性。

超前地质预报：采用地质雷达进行了超前地质预报工作，主要探测隧道掌子面前方30 m范围内岩土体的含水、空洞、破碎及岩溶发育情况。仪器设备主要采用SIR-4000型探地雷达系统（美国），该系统包括仪器主机和100 MHz天线两部分。

超前地质钻探：采用不取芯水平冲击钻进行超前预报作业，在富水软弱断层破碎带、富水岩溶发育区、重大物探异常区等地质条件复杂地段必须施作[3]。

施工监测：洞内监测布点根据围岩等级及现场开挖方式，于监控量测断面拱顶、拱腰、侧墙处布置埋设;地表监测布点根据地表开裂处布设。

3.4 安全施工

3.4.1 洞口施工管理

隧道洞口严格按照生产安全标准化管理，设置值班室及应急仓库，完备应急救援物资。采用人脸识别人行通道系统及蓝牙自动化门闸系统，严格人员、车辆进出洞管理。

3.4.2 洞内施工管理

洞内施工项目使用新型逃生管道，配套逃生屋，设置一键式应急警报器，做好应急救援管理。布线严格按照规范要求“动力在上，照明在下”的原则，同时使用投影技术对“限速”“警示标语”进行投影警示。

3.5 安全逃生与抢险

施工后遇到险情时安全逃生系统直接关系到施工人员人身安全。吾排隧道开展了隧道洞内逃生系统设施的标准化建设，洞内施工时，在隧道掌子面附近安装玻璃纤维材质逃生管道（GFRPC-I-800-25），配套马蹄形逃生屋（波纹钢材质，高2 m，长约3 m，储备有应急食物箱与救护箱），逃生屋与逃生管道相连。

日常加强对全体施工人员安全教育，包括逃生路线的熟悉、逃生设备设施的使用、逃生演习演练等。

4 岩溶风险管控效果分析

拟建吾排隧道右洞YK72+937～YK72+969段位于山谷中间水田路段，原设计围岩等级为Ⅲ级，采用S3支护形式进行支护。经现场揭露该段地质极其复杂，因此采用超前地质预报与超前水平钻相结合，辅以隐伏岩溶综合物探的方式，以有效掌握掌子面前方及洞身周围地质条件情况。根据预报地质情况，针对性地加强隧道洞身围岩监测工作。

4.1 超前地质预报

2020-10-16采用地质雷达对YK72+944进行了超前地质预报工作，主要探测隧道掌子面前方30 m范围内岩土体的含水、空洞、破碎及岩溶发育情况。本次检测采用地质雷达法对围岩情况进行检测。根据现场实际情况测线布置如图2所示。

预报结论如下：（1）该段以强风化灰岩为主，岩体破碎，节理裂隙发育，建议施工围岩等级为V级，与事前判别的设计围岩等级不符，详见表1;（2）建议采取加深炮孔法和超前水平钻探法相结合的方法，对前方隐伏岩溶区进行进一步探测。

4.2 超前水平地质钻探

2020-11-07采用不取芯水平冲击钻进行超前预报作业。本次预报掌子面里程为 YK72+966，通过对前方42 m（YK72+966 ～ YK73+800段）内围岩的岩性钻进参数，如钻进速度、推进力、扭矩、涌水情况等进行分析得出结论。钻孔位置详见图3。

钻探结论为：YK72+966～YK73+800段围岩等级推荐定为Ⅳ～Ⅴ级，建议提前做好施工应对准备，防止事故的发生。

4.3 周边隐伏岩溶探测

采用地质雷达对YK72+937～YK72+943段进行了隧道周边隐伏岩溶探测工作，主要探测隧道周边25 m范围内岩土体完整性情况。在YK72+937～YK72+943斷面处纵向探测，共3条测线，测线长度均为6 m，累计测线长度为18 m。现场测线布置如图4所示。

通过对地质雷达波图像的辨识及地质条件的综合分析，得出如下结论：推断断面 YK72+937～YK72+943段0～25 m范围内岩体以强～中风化灰岩夹黏土为主，岩体破碎，溶蚀裂隙发育，地下水发育，发育有串珠状小溶洞或溶腔，泥质充填严重，其他段围岩岩体较破碎，节理裂隙发育，层间局部夹泥，结合差。如图5所示。

4.4 围岩监测及预警

针对以上预报情况，针对性地加强了隧道洞身围岩监测工作。YK72+944～YK72+969段监控量测断面测点埋设布置及拱顶下沉速率时态曲线如图6、图7所示。

从监测数据来看，YK72+940～YK72+969 段围岩一直处于急剧变形状态，且拱顶下沉累计值及沉降速率非常大，为防止可能出现工程险情，监测单位先后发出二级、一级预警。

2020-11-09早上5：00左右，YK72+958右拱腰出现塌方，通过监测发现YK72+946、YK72+948断面拱顶及拱腰沉降速率均>100 mm/d。为防止险情发生，监控量测组通过信息及电话方式发出紧急预警，随即施工人员全部撤离，撤离后约1 h，YK72+957～YK72+969段（隧道净埋深约78 m）发生溶洞塌方事故，4块巨型孤石（直径在1～4 m）滑落，有填充物涌出约12 m，方量约600 m 3，填充物为软塑状黄黏土，湿润，夹杂孤石，掌子面无水喷涌。

因提前预警，人员已撤离，未造成人员伤亡。后续拟召开专家研讨会，研究讨论溶洞塌方过程及成因，并提出相应的处治方案。

根据岩溶隧道安全管理实践，拟建吾排隧道所采取的安全预报方案科学、有效，施工过程中成功地预警了YK72+937～YK72+969 段溶洞塌方事故，保护了洞内作业人员人身安全，安全风险管控效果明显。

5 结语

（1）隧道洞身实际地质情况可能与前期勘察有出入，应强化岩溶隧道施工过程中的超前地质预报工作。

（2）安全预报是岩溶隧道全过程安全管理的核心。采用超前地质预报与超前水平钻相结合，辅以隐伏岩溶综合物探，可有效地掌握掌子面前方及洞身周围地质条件情况。根据预报地质情况，针对性地加强隧道施工监测，可有效降低事故发生的可能性。

（3）隧道洞内逃生系统设施标准化建设可有效应对事故险情，为应急救援争取宝贵时间。

（4）应运用系统工程原理和方法，开展岩溶隧道施工全过程风险管控工作。

参考文献：

[1]陈毅敏.宜万铁路复杂岩溶隧道施工地质预报特色[J].铁道工程学报，2011（2）：95-102.

[2]李术才，王 康，李利平，等.岩溶隧道突水灾害形成机理及发展趋势[J].力学学报，2017，49（1）：22-30.

[3]韦建昌，邵 羽，梁 铭，等.超前水平钻探在岩溶隧道地质预报中的应用研究[J].中外公路，2020（3）：220-226.