某特長山嶺隧道涌水突泥施工安全專項風險評估研究

馬小鋒，劉赟君，郝存彪

(1.貴州宏信創(chuàng)達工程檢測咨詢有限公司，貴州 貴陽 550014；2.貴州華瑜工程咨詢有限責任公司，貴州 貴陽 550080)

隨著我國基礎建設的大規(guī)模實施，在巖溶發(fā)育地區(qū)修建的富水高壓山嶺隧道也越來越多。由于巖溶發(fā)育的復雜性及隧道施工工藝復雜性等多種不利因素，山嶺隧道涌水突泥事故屢有發(fā)生，安全問題尤為突出。因此，在施工階段針對山嶺隧道涌水突泥進行施工安全專項風險評估，確定風險等級，有助于合理使用多種管理方法和技術手段對項目風險實行有效控制，將此類風險降到可接受水平，確保建設項目施工期間實現(xiàn)安全生產(chǎn)，嚴防山嶺隧道涌水突泥事故發(fā)生，最大程度的減少事故和危害帶來的損失。

本文以某公路特長山嶺隧道為依托，根據(jù)項目勘察設計資料以及施工組織內(nèi)容，針對YK9+900～YK10+100段進行涌水突泥施工安全專項風險評估，確定風險等級，提出合理可行的安全對策措施及建議。

1 工程概況

某山嶺隧道地處貴州高原東北部的武陵山山脈向大婁山山脈過度的斜坡地帶，為分離式特長隧道，右幅隧道起訖樁號為YK6+755～YK12+180，長5 425 m，最大埋深約534 m。

1.1 主要氣象

隧道場區(qū)屬長江流域之烏江水系，地表水發(fā)育，多為雨源型溪溝；場區(qū)內(nèi)多年平均降水量為1 245.7 mm，最大年降雨量1 749.3 mm，最小年降雨量941.4 mm，年降水量多在1 100～1 400 mm，年內(nèi)降雨量在時空上分布不均勻，雨季在4～10月，占年降雨量的86%，枯水期(11月至翌年3月)僅占年降雨量的14%，日最大降雨量為185 mm。

1.2 水文地質(zhì)

(1)地質(zhì)構(gòu)造

隧道場區(qū)位于揚子準地臺黔北臺隆遵義斷拱鳳岡北北東向構(gòu)造變形區(qū)。受多期構(gòu)造作用影響，區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造較復雜多樣，由一束北北東向發(fā)育、大體平行的較緊密褶皺和斷裂組成。擬建隧道依次近似以正交橫穿文新斷層、長豐背斜及石朝向斜，向斜盆地水文地質(zhì)條件復雜。隧道中部貫通段位置處于石朝向斜核部，受向斜匯水影響，貫通段存在高壓涌水。

(2)工程地質(zhì)條件

隧道場地主要分布地層為第四系殘坡積層粉質(zhì)粘土、含碎石粉質(zhì)粘土及碎石土；二疊系上統(tǒng)吳家坪組中厚層狀灰?guī)r，中統(tǒng)茅口組中厚層狀灰?guī)r，巖溶強烈發(fā)育；中統(tǒng)棲霞組灰、灰黑色中厚層狀灰?guī)r、隧石灰?guī)r夾薄層鈣質(zhì)泥巖；中統(tǒng)梁山組灰色砂巖。

(3)水文地質(zhì)

隧道橫穿文新斷層、長豐背斜及石朝向斜，向斜對地下水匯聚作用明顯，場區(qū)水文地質(zhì)條件復雜。

①地表水

場區(qū)地表徑流有以下三條：第一條位于隧道進口段右側(cè)約200 m，為地表水及溶洞水排泄通道，流量受降雨影響大，常流量55～120 l/s，調(diào)訪汛期最大洪水流量約450 l/s。第二條位于隧道中部YK9+900附近，其水源主要來自上游某水庫，旱季流量受上游水庫及降雨控制，測時流量約40 l/s，調(diào)訪最大流量約300 l/s。第三條位于隧道出口外，為雨源型地表徑流，旱季接近枯竭，雨季流量較大，測時流量約20 l/s，調(diào)訪汛期流量達40 l/s。

②地下水

根據(jù)地層巖性及其組合特征、地下水賦存條件、水理性質(zhì)和水力特征，將區(qū)內(nèi)地下水類型分為碳酸鹽巖巖溶水、基巖裂隙水和第四系松散層孔隙水，以碳酸鹽巖巖溶水為主。隧址區(qū)內(nèi)地下水主要靠大氣降水垂直補給。大氣降水向下補給第四系松散土層，并向下伏基巖節(jié)理、風化裂隙、溶蝕裂隙、地下巖溶管道運移，最后以散流、泉點、地下河等形式排泄。場區(qū)地勢較高、起伏較大，隧道中部石朝向斜對地表水及地下水匯聚主要明顯，地下水補給范圍大，補給源較多，隧道開挖及防水過程中易進一步誘發(fā)涌水、突泥事故。

1.3 YK9+900～YK10+100區(qū)段情況

該區(qū)段位于隧道中部，處于石朝向斜核部，受向斜匯水影響，地層主要是中厚層狀灰?guī)r，局部夾有鈣質(zhì)泥巖，巖溶強烈發(fā)育，隧道上部存在一地下河，地表有河流，該段為V級圍巖。

2 山嶺隧道巖溶富水段涌水突泥施工安全專項風險評估

2.1 同類山嶺隧道施工涌水突泥安全事故調(diào)查

山嶺隧道穿越巖溶發(fā)育、富水性強地層，而發(fā)生的涌水突泥事故比比皆是，如京廣鐵路的6 km長的南嶺隧道，該隧道處于著名的南嶺構(gòu)造帶，構(gòu)造運動強烈，巖溶極為發(fā)育，地下水富集，地質(zhì)條件十分復雜；滬昆高鐵的雪峰山1#隧道，該隧道地表巖溶形態(tài)除了普遍發(fā)育有溶溝、溶槽、石牙等外，還有少量的峰叢、洼地及溶蝕溝谷等，地下巖溶形態(tài)則有地下河、溶洞等；京昆高速的泥巴山隧道，該隧道處于龍門山活動斷裂帶邊緣，自然地理條件惡劣，地下水豐富，除瓦斯外，集高壓涌突水、大變形、斷層、巖爆等地質(zhì)災害于一身；還有近期云南云鳳高速安石隧道……此類隧道與本論文所列舉具有較大相似性。從單個事故來看，事故的發(fā)生存在偶然性，但從大量事故統(tǒng)計來看，其發(fā)生是有規(guī)律可循的，對同類山嶺隧道施工階段出現(xiàn)較大涌水突泥安全事故進行統(tǒng)計分析，可以看出發(fā)生此類事故的原因主要是如下三個方面：巖溶發(fā)育、斷層破碎帶等不良地質(zhì)條件，其次水的影響，再次就是人為因素(包括設計、施工等參建方技術實力、管理水平及安全意識等等)。

2.2 隧道施工涌水突泥施工安全專項風險可能性分析

在設計文件基礎上，結(jié)合地質(zhì)超前預報結(jié)果以及現(xiàn)場調(diào)查，根據(jù)《公路橋梁和隧道工程施工安全風險評估指南》對隧道YK9+900～YK10+000區(qū)段進行涌水突泥施工安全專項風險事故可能性評估指標體系進行評分如下。

表1 隧道施工涌水突泥安全事故可能性評分表

根據(jù)《公路橋梁和隧道工程施工安全風險評估指南》隧道施工區(qū)段涌水突泥事故可能性分值計算P=γ×B×(A+C))，其中γ是與人的因素及施工管理相關的折減系數(shù)，根據(jù)《公路橋梁和隧道工程施工安全風險評估指南》進行分析計算，取0.9，計算得P=14.4，由《公路橋梁和隧道工程施工安全風險評估指南》可知該區(qū)段施工過程中發(fā)生涌水突泥事故可能性等級為4級(很可能)。

2.3 隧道施工涌水突泥施工安全專項風險等級

根據(jù)《公路橋梁和隧道工程施工安全風險評估指南》，考慮隧道施工區(qū)段涌水突泥事故人員傷亡和直接經(jīng)濟損失，確定事故嚴重程度等級為Ⅲ。

因此根據(jù)發(fā)生的可能性和嚴重程度等級采用風險矩陣法可以確定鋼圍堰發(fā)生事故的風險等級為Ⅳ級(極高)。

2.4 建議

(1)該區(qū)段加強隧道超前地質(zhì)預報工作，采用多種地質(zhì)預報方法相結(jié)合的方法，探明前方地質(zhì)情況，提前采取相應措施，為開挖爆破及初期支護設計參數(shù)提供設計依據(jù)；

(2)針對該段進行涌水突泥專項方案設計，調(diào)整及完善施工組織設計；

(3)該區(qū)段加強監(jiān)控量測，實行動態(tài)管理；

(4)制定應急方案。

3 結(jié) 論

本文以某公路特長山嶺隧道為工程背景，對山嶺隧道巖溶富水段涌水突泥施工安全進行了專項風險評估，得到如下結(jié)論。

(1)結(jié)合隧道地域特性，對隧道YK9+900～YK10+000區(qū)段進行涌水突泥施工安全專項風險評估，為該隧道涌水突泥施工安全風險分級預控管理提供了依據(jù)。

(2)本隧道在后期的施工過程中，YK9+932-935段發(fā)生大規(guī)模涌水，經(jīng)測算，高峰期涌水量達到14 900 m3/h，好在提前做好了預案，損失降至了最低。該段涌水突泥事故的發(fā)生較好地印證了初期進行的該段涌水突泥施工安全專項風險評估的結(jié)論。

(3)此類隧道在巖溶發(fā)育程度、斷層破碎帶和周圍水體情況三項指標體系下，即可取得較好的涌水突泥施工安全專項風險評估結(jié)果，進而指導施工，為同類隧道施工風險評估提供參考。