巖溶、巖堆體山嶺公路隧道施工安全管理研究

王虎良，武玉清

（河北光太路橋工程集團有限公司，河北邯鄲 065001）

1 引言

近年來，隨著國家經濟的迅猛發展和國家政策的進一步優化調整，山嶺公路隧道施工建設取得了舉世矚目的成果。在隧道施工中，巖溶、堆積體不良地質區域更易發生安全事故；安全事故一旦發生，一般同時發生衍生災害，其后果對家庭和諧、企業健康發展、社會穩定均產生不良影響（尤其對個人家庭來說通常是毀滅性打擊）[1]。如何做到巖溶、巖堆體山嶺公路隧道施工安全、確保參建人員“高高興興上班來，平平安安回家去”、確保企業和國家財產不受損失、確保青山綠水和藍天白云不受影響，是每一位公路隧道建設者必須切實履行的責任和義務。

2 巖溶、巖堆體地質的特點

巖溶是持續性、侵蝕性運動的水對可溶性巖石（碳酸鹽巖、石膏、巖鹽等，山嶺公路隧道通常是碳酸鹽巖）進行以化學溶蝕作用為主，流水的沖蝕、潛蝕和崩塌等機械作用為輔的地質作用，以及由這些作用所形成的圍巖巖體的各種溶蝕形態的總稱，巖溶區域地下水通常十分豐富[2]。

巖堆是巖體風化、節理發育形成的碎塊，無膠結，經水流或重力搬運至坡腳下或山坡的松散堆積體，常見于近期強烈抬升活動強烈的山區、物理風化強、晝夜溫差大、比較干旱；沿大型斷層帶向斜、背斜區域亦可形成堆積體。巖堆體的工程特點是巖體強度低，遇水易崩解、軟化、自穩定性差。

3 巖溶、巖堆體山嶺公路隧道施工常見的安全事故

因數據受限，現僅以2013—2021 年巖溶、巖堆體山嶺公路隧道施工事故檢索統計（見表1）為例分析巖溶、巖堆體山嶺公路隧道施工常見的安全事故。

表1 巖溶、巖堆體山嶺公路隧道施工事故檢索統計表

巖溶、巖堆體山嶺公路隧道施工常見的安全事故主要是坍塌、爆炸、巖溶引起的突水和突泥，其次是冒頂、火災、中毒以及觸電、物體打擊、高空墜落和車輛機械傷害等。

4 巖溶、巖堆體山嶺公路隧道施工安全管理措施

4.1 預防坍塌事故的安全技術措施

巖堆體自穩定性差，常常引發隧道坍塌，且規模較大，處理困難。隧道通過巖堆體時安全技術措施如下。

1）隧道堅持執行早進晚出，不破壞堆體坡腳，必要時對坡腳采取抗滑樁、注漿或砌筑擋墻等措施予以加強加固。對邊坡做錨噴加固穩定。

2）進行地表注漿，膠結巖堆體，使之達到一定強度后再進行開挖。

3）單線隧道采用臺階法開挖，臺階長度控制在3～5 m。臺階開挖中，上臺階開挖采用環形開挖預留核心土，下臺階兩側沿路線中線方向錯開開挖，以防止隧道拱腳部位突發沉降引發塌方。

4）仰拱超前，二襯緊跟，開挖面到二襯距離控制在30 m以內，隨挖隨撐，及時封閉。

5）在巖堆中打管棚振動大、施工也困難，應采用地表注漿輔助小導管超前支護。

6）巖堆由于垂直壓力大，宜采用強度高、剛度大的支護結構。

7）除常規監控量測外，應增強鋼支撐應力量測，以及時檢測鋼支撐受力狀態，及時采取措施[3]。

4.2 預防涌水突泥的安全技術措施

受季節雨水影響，地表水順裂隙下滲，巖溶隧道區域水壓力劇增、形成期間高壓富水狀態。另外，巖溶區域地下水通常非常水量豐富、水壓較大，隧道施工中極易破壞不透水，兩種情況均易發生高壓富水通過薄弱巖墻攜帶泥沙石極速涌向隧道內部形成涌水突泥，造成嚴重后果，且施工控制難度很大。通過實踐和調研，若干經驗教訓概括為：高壓富水巖溶區域隧道施工，必須進行綜合地質超前預報，通過遠紅外探水及掌子面的超前鉆孔直接探測等途徑對涌水災害進行風險評估和預報；防止涌水的基本思路是主動預防、避免揭水，以防為主、上堵下排、以堵為輔、限量排放，采用泄水洞與含水溶洞連接，釋能降壓，盡量不改變地下水的徑流途徑。施工中務必遵循如下原則。

1）施工時，必須進行綜合地質的超前預報，切實掌握開挖面前方的地質情況，尤其是富水區、破碎帶及斷層、溶洞等，對發生涌水突泥災害的可能性進行科學、翔實預報。

2）采用鉆探+遠紅外線+彈性波物探的方法重點探測：巖溶或富水帶的規模、填充性質與形態、水量、水壓等。

3）巖溶區要采用高位選線，避開高壓含水層；能采用分離式不采用小凈距和聯拱式隧道。

4）高壓富水巖溶區隧道應采用縱向人字坡的雙向排水，設置泄水洞與溶洞連接，為避免發生新的災害，不宜設置斜井或豎井。

5）不提倡全斷面帷幕注漿止水，應采用周邊超前預注漿、徑向注漿。水量巨大時，應增設迂回導洞排水降壓，配合主洞注漿，帶水作業，快速施工。

6）在高水壓大流量溶洞（直徑大于2 m）的隧道施工應以排水為主，開挖泄水洞，將巖溶水通過泄水洞排走。堅持“排、堵結合，以排為主，上堵下排”的原則。

7）對于溶隙和溶管（直徑小于2 m）的充水巖溶，應采用以堵水為主[4]。

8）根據探測的水壓大小，隧道開挖面預留的防涌水安全巖墻厚度選擇為5～8 m，當圍巖極度破碎時，該厚度還將增大[5]。

主要通過巖溶特性分析、臨近界面確定、相鄰洞室分隔、洞內外排水規劃、專項高精度爆破設計、預警預報監控、配套措施實施等措施，對高壓富水巖體堆溶腔進行計劃翔實、目標明確的精準管控爆破，安全可靠地排除溶腔內的地下水和或泥沙等物質，從而人為釋放溶腔所存儲的公路隧道施工中不可控的巖體天然能量，確保溶腔內的水土壓力降至零壓力，降低隧道施工及竣工運營階段中水土壓力對隧道結構安全的影響。具體實施要點如下。

1）通過物探和鉆探的鉆進速度、排渣情況、水量大小等特征的超前地質預報初步判斷掌子面前方存在發育溶腔，進一步分析發育溶腔段的巖溶地質特征、水文特征、規模特征、環境特征等巖溶特征參數，從而確定將2.5～3 m 的完整巖柱作為高壓富水填充溶腔段爆破前的掌子面預留安全臨界距離。

2）鉆孔中，嚴格控制掏槽眼的精度，各周邊眼相互平行，邊墻直線段炮眼先鉆上方標準眼、插上炮桿使邊墻眼在同一鉛錘線上，各炮眼底均垂直于隧道軸線的同一平面上、鉆孔深度根據掌子面的起伏凸加凹減，當巖體節理、裂隙對鉆孔角度有影響時，可以稍微移動孔位（頂眼左右移動，幫眼上下移動）。

3）裝藥前，按照爆破設計核對雷管段數、裝藥結構、藥卷規格與藥量；裝藥時，藥卷盡量裝至孔底（但不得裝入溶腔內，需保留30～40 cm 的阻隔段），起爆藥包用炮棍徐徐送入；所有炮眼30 cm 左右長的炮泥嚴密封堵。

4）起爆順序為：掏槽眼→擴槽眼→內圈眼→周邊眼→底板眼；爆破網絡聯結檢查合格后掌子面附近撤離洞內所有設備和人員，待發出起爆信號后爆破人員在安全位置點燃導火索起爆。

5）相關的專項安全設計。降雨量、涌水量、水壓力、地表水的水文監測設計；安全進洞條件設計；洞內外預警監控系統設計；進洞觀察安全撤離路線設計；洞內相鄰洞室分隔設計；洞內排水路線設計；尤其是洞口及排水線路下游存在安全隱患的民房的洞外排水系統專項設計。

4.3 思想重視

態度決定高度，思想決定行動。思想上重視是開展安全生產的前提。生產過程中，管理者和操作者都應深刻認識到安全生產的目的和不踐行安全生產的危害。對于管理者而言，安全生產是責任、義務和使命，是考核全面履行合同承諾的一項重要指標。對于操作者而言，安全生產是對家庭和企業的責任，是構建和諧社會的根基。一旦發生安全生產事故，個人和企業均將受損。從安全在我心中、安全在我手中，全員參與，全程踐行。安全生產通過技術交底、教育培訓學習等途徑可提高思想認識。

4.4 其他措施

根據施工的具體情況制訂各事故應急方案，建立健全各項安全制度，設置必要的警示標志，嚴格遵守各項操作規程。為確保隧道施工安全，保證工程質量，應要求設計、監理和施工各方加強相互溝通和協調工作，深入做好地質勘察工作，正確選擇隧道施工方法。對隧道施工過程危險、危害因素進行辨識和確認。在工程施工場地內不得存放超過當班用量的炸藥、雷管、汽油、柴油、油漆、稀料等易燃易爆物品。易燃、易爆物必須遠離火源1 m 以上，嚴禁烘烤和陽光曝曬；易燃、易爆品倉庫應加裝臨時避雷設備。隧道施工洞內必須做好通風排塵和有毒有害氣體的檢測。隨施工進度，及時動態地完善各項安全防護設施如防護擋墻、隔擋、隔欄、防護棚、支撐、強化管理對安全防護用品如安全帽、安全帶、安全網等的使用。惡劣和災害天氣如雨季或暴雨后、大風后、春季解凍后等，專職安全員要會同施工技術人員、作業隊長等對重大危險源逐一巡查、評估，兼職安全生產監督管理人員要會同現場技術人員、作業組長等對自己作業范圍內的一般危險源進行檢查、評估，發現問題及時落實解決。特種作業人員必須經過培訓、持證上崗。加強對全體人員的安全自我保護意識教育，使人人養成身處危險地帶時刻小心謹慎的習慣?，F場專、兼職安全生產監督管理人員，要加強安全防護設施巡查；現場施工員和安全員要經常檢查正在施工的土石體或結構物的穩定性；材料保管員要經常檢查所管理料堆的穩定性；發現隱患及時落實解決。通過事故危險性的講解、防止事故放生的對策措施、事故隱患的檢查方法、發生險情時的應急措施等方面進行防止事故的培訓和必要的演練。

5 結語

巖溶、巖堆體山嶺公路隧道施工，坍塌、涌水突泥極易發生，對此，需要做好相應的安全管理措施，做好事前預防、事中落實以及事后處治的管控，通過思想上高度重視，措施上得當有效，落實上執行到位，避免違章、麻痹、不負責任等現象，安全事故隱患必將避免，個人、企業、國家3 個維度上的安全感和幸福感必將進一步得到提升。