高风险隧道施工风险控制

吴昌雄陈征刘衍文郭竹峰邱亚龙

摘要：本文以在石鼓山隧道施工中遇到的部分风险为例，按照施工中常见的风险采取风险控制措施，针对施工中所遇到的风险提出了预防措施和解决办法。

关键字：高风险、隧道、预警、控制

1、施工概况

由中国建筑股份有限公司承建的BLZQ-1石鼓山隧道，位于宝鸡市渭滨区渭河南岸的石鼓镇杨家山的黄土残塬区，隧道起讫里程DK639+430～DK643+760，全长4330m，为双线隧道。设计采用进出口和2座无轨运输斜井辅助施工。

石鼓山隧道为一级高风险隧道，隧道岩层为Ⅴ、Ⅵ级围岩，石鼓山隧道中、高度以上初始风险区段共30处，4301米，其中，中度风险区段3段，49米。高度风险区段18处，3096米，极高风险区段9处，1156米。隧道不良地质主要有膨胀岩、湿陷性黄土、松软土，易产生变形甚至坍塌。隧道区地下水类型主要为第四系孔隙潜水和基岩裂隙水。主要接受沟、河等地表水和大气降水的入渗补给。预计正常涌水量11820m3/d，最大涌水量29550m3/d。主要风险为突水突泥、坍塌、大变形、失稳。巨大的风险性对隧道安全施工提出了挑战，对预防和应急措施提出了严峻的考验。

2、风险预警

石鼓山隧道风险区段较多，进口、出口、1#斜井、2#斜井均涉及失稳、大变形、坍塌和突水突泥的风险区段。针对此种情况，及时施做超前地质预报，按规定开展监控量测，在各掌子面处设置视频监控系统、声光报警系统、应急救援管道和逃生管道，采取各类具有针对性的技术措施，有效降低风险，确保施工安全。

3、技术措施

3.1、防突水、突泥技术措施

3.1.1、超前地质预报

石鼓山隧道施工过程中将超前地质预报纳入施工工序。项目部根据预报结果进行分析并进行交底，必要时打超前探孔，对掌子面前方至少20m范围的地层、地下水分布情况提前研判，每次超前地质预报搭接长度不小于5m，判断掌子面前方是否富水甚至存在水囊、是否有承压水等，在此基础上有针对性的制定下步施工措施。

3.1.2、掌子面前方断面内富水处理措施

1）排水措施

掌子面至富水区、水囊距离约10m时超前打孔引水。

打孔前锚、网、喷封闭掌子面并预埋管（打孔、插引水管用），必要时设置临时仰拱，洞内备好排水设备并连接好排水管路，确保孔内水经排水管路排至洞外，不得自孔内流泄并浸泡台阶土体。

打孔高度应在水囊下部位置，以尽可能取得泄水效果。

排水过程中观察孔内出水情况，水量小于0.2m3/h时恢复掌子面开挖。

2）注浆加固措施

掌子面至富水处（已排水）距离约5m时超前注浆加固地层。

掌子面前方富水区长度、规模较小时，采用超前小导管注浆加固；掌子面前方富水区长度、规模较大时，采用后退式超前深孔预注浆加固地层。

经注浆加固后探测正常，继续掘进。

3.1.3、掌子面前方拱顶富水处理措施

掌子面前方拱顶富水时，探测富水处距拱顶高度。

富水处距拱顶高度大于5m时，开挖过程中人工修边、快挖快支，避免对拱顶地层产生过大扰动，并按设计要求采用超前小导管注浆加固拱顶地层。

富水处距拱顶高度小于5m时，采用后退式超前深孔预注浆加固拱顶地层，加固厚度5m。

3.1.4、掌子面前方边墙外富水处理措施

掌子面前方边墙外侧富水时，探测富水处距开挖边线厚度。

富水处距开挖边线厚度大于3m时，局部超前打孔排水减压，打孔高度为富水区下部，排水后小导管注浆充填加固。

富水处距开挖边线厚度小于3m时，台阶掌子面距富水处距离约10m时超前打孔排水，排水过程中观察孔内出水情况，水量小于0.2m3/h时恢复台阶开挖。开挖至距富水处（已排水）约5m时，注浆加固相应里程开挖线外地层，加固厚度3m。

3.1.5、掌子面拱部渗漏水处理措施

1）拱部滴水时处理措施

拱部出现滴水情况时，按设计要求超前小导管注浆，拱部开挖后立即初喷砼封闭开挖面，并立即安装钢架、挂网后复喷砼至设计厚度，实现快挖快封闭。

2）拱部线状出水时处理措施

拱部线状出水时，按设计要求打设超前小导管，注水泥、水玻璃双液浆，上台阶加大预留核心土尺寸，采用环形开挖预留核心土法，环形开挖后立即初喷，并对环形掌子面喷砼，厚度5cm，快速安装钢架、挂网后复喷砼至设计厚度。

3）拱部股状出水时处理措施

拱部股状出水时，立即锚、网、喷封闭掌子面，进一步探明掌子面前方地下水情况，依据探测的情况，按前述掌子面前方富水处理措施进行处理后，方可恢复掌子面开挖。

3.1.6、洞内引排水措施

将洞内排水纳入工序管理，设专人负责抽排水。

开挖后必须坚持及时初喷，封闭岩面。

开挖段散状渗漏水集中收集，采取移动式多级抽排。排水沟距离拱脚、边墙脚大于1.5m，防止积水侵泡拱、墙脚。仰拱基底设置移动式水箱收集开挖面渗漏水，防止仰拱基底被积水浸泡。

洞内铺设专用引排水管路，管径、水泵等规格经排水量估算后按保守的原则确定。

初支漏水的地方进行压浆止水。渗漏水段加密排水盲管。

3.2、防初支大变形、坍塌技术措施

3.2.1、早期沉降控制措施

1）早期沉降控制具体措施

（1）上台阶处理措施

措施1：上台阶开挖后在初支钢架两侧拱脚加设80*8角钢，加强钢架纵向联接。具体做法如下：

设计下发有关初支钢架采用型钢加强纵向联接的措施后，则按设计要求施作。

措施2：采取钢架纵向型钢联接措施后仍出现预警，类似地层段上台阶加强锁脚锚管（增加锁脚锚管根数）并注浆。

（2）中台阶处理措施

上台阶出现预警，相应里程的中台阶采取补救措施，二级预警补救措施：同上台阶措施1；一级预警补救措施：采用φ89锁脚锚管L-4.5m并注浆。中台阶渗漏水段出现预警则两个措施同时采用。

中台阶开挖前上台阶总沉降量正常，开挖中台阶后出现预警，类似地层段中台阶采取措施，二级预警措施：同上台阶措施1；一级预警措施：采用φ89锁脚锚管L-4.5m并注浆。

（3）下台阶处理措施

比照中台阶处理措施执行。

3.2.2、拱部初支脱空处理措施

上台阶采用地质雷达扫描检测初支背后脱空情况，纵向扫描拱顶、双侧拱腰共3条线，环向扫描断面纵向间距为2m，若有脱空注

1：1水泥浆充填脱空后，方可进行相应里程段中台阶开挖。

上台阶地质雷达扫描检测计划由工区向中心试验室及时填报，并在检测中积极配合，中心试验室及时反馈检测结果至工区。

3.2.3、初支异常变形处理措施

初支在监控量测数据正常、表面无渗漏水的情况下，出现开裂、剥落等异常变形，应立即停工、分析原因，针对找出的原因采取针对性的措施。

经检测，初支背后存在脱空时，立即小导管注浆充填处理。

因喷砼质量不均匀、养护不到位造成喷砼开裂时，清除喷砼表面松动块、挂网补喷砼，并加强喷砼养护。

经处理正常后，掌子面恢复开挖。

3.2.4、初支局部补强措施

因突发的地层或地下水原因，开挖后需立即抢险封闭开挖面，造成的初期支护局部细节不规范，采用挂网补喷、径向小导管注浆等措施对初期支护局部进行补强处理。

3.2.5、拱部渗漏水处理措施

同前述3.1防突水、突泥中3.1.5、掌子面拱部渗漏水处理措施。

3.2.6、开挖工法要求

三台阶临时横撑法或三台阶临时仰拱法开挖时，中台阶、下台阶必须单侧开挖，严禁两侧同步开挖，开挖步距依地层情况1～2榀。

3.2.7、临时支撑措施

风险段中台阶开挖过程中，为确保初支拱脚的稳定，在中台阶开挖后，立即采用方木斜向支撑初支拱脚喷砼面，斜向支撑位于钢架间，采用2根不小于15*15cm方木并联支撑，方木底脚大楔块支撑牢固，支撑角度45-60o，待初支喷砼完成后撤除方木斜撑。

3.3针对特殊地质采取的技术措施

3.3.1、富水砂砾地层二重管后退式注浆技术

石鼓山隧道施工过程中，进口及1#斜井均遇到富水砂砾地层且分布非常杂乱，施工过程中发生多次突泥涌水等地质灾害，施工难度大、安全风险高、进度缓慢（2m/月）、工期不可预见。

经建设、设计、监理和施工单位四方深入研究和多次专家会论证，确定在富水饱和砂砾地层采用后退式注浆，封堵地下水，加固、改良地层。

3.3.2、后退式注浆断面的优化

针对石鼓山隧道地质复杂的特点，全隧注浆改变了传统的全断面超前预注浆方式，采用局部超前后退式注浆。

1）根据超前水平钻探及其他超前地质预报成果综合分析前方围岩状况，确定粉细砂层及粗圆粒土层的范围。

2）注浆设计应根据粉细砂及粗圆粒土的范围确定注浆范围，钻孔角度根据孔深及注浆固结外缘线确定。

石鼓山隧道富水砂卵石层注浆施工实践证明，采用局部后退式注浆堵水、加固围岩效果良好，工效明显提高，经济效益高。

3.3.3、后退式注浆参数优化

针对富水砂卵石地层地质特征，注浆应以封堵裂隙、减小水量、加固围岩、稳定地层为目的。注浆范围根据地质情况确定，注浆厚度为开挖轮廓线外5m，纵向注浆循环长度根据地层情况按15～30m动态设计，以Ⅵ级围岩段落为例，共设计4中类型的孔。

1）周边注浆孔兼超强地质钻探孔

以封堵地下水、固结软弱地层兼顾超前地质钻探为目的，在开挖轮廓线外布设2～4圈，开挖轮廓线内布设1圈，开孔环向间距30cm，终孔间距1.8m。

2）工作面稳定孔

已稳定开挖面为目的。在开挖面按2m×2m间距梅花形布置，注浆加固围岩，固结地层，稳定开挖面，加固强度要求比外圈孔稍低。

3）检查孔兼应力释放孔、补充注浆孔以注浆结束后对注浆效果检查评定为目的。主要布置在地质条件差的区域和注浆薄弱区，通过对检查孔的注浆封堵起到对薄弱区补充加固的作用。

4）管棚孔兼周边补充注浆孔（V级围岩无该类孔）

以提高对软弱围岩地层的支承能力为目的。在拱部144°范围内布设Φ89超前管棚，孔间距40～60cm，外插角0～3°。

石鼓山隧道砂卵石地层采用二重管后退式注浆地段开挖揭示表明，注浆后裂隙水得到封堵，软弱地层得到有效改良，地层浆液扩散明显。

实践证明，采用二重管后退式注浆能达到注浆堵水、固结围岩，确保安全开挖的目的。

4、总结

通过以上措施的执行和实施，项目部在石鼓山高风险隧道施工过程中，根据超前地质预报和围岩监控量测反馈的信息，针对风险做到了提前判断，提前预警，提前采取措施，有效的降低了施工风险，确保了施工过程的安全可控。

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