淺談廈門翔安海底隧道施工安全風險管理

劉亞鋒

1 工程概況

廈門翔安隧道全長6 051m，跨越海域總長4 459 m，隧道采用一次修建雙向三車道隧道，并在兩隧道中間修建一服務隧道，隧道中心線間距約64 m～66 m(見圖1)。按照高等級公路的設計標準，設計行車速度為80 km/h，隧道最大斷面尺寸17.04 m× 12.56 m(寬×高)，建筑限界凈寬×凈高為13.5m×5.0m。隧道連接廈門市本島和翔安區陸地，具有公路和城市道路雙重功能，為廈門市第三條出島通道。

2 地質條件及水文地質

本標段承建的隧道穿越陸域淺埋段、淺灘段及海域段三種地貌。陸域部分為剝蝕殘丘地貌，地下水賦存形式為松散巖類孔隙水，風化基巖孔隙、裂隙水，基巖裂隙水三種，并均為弱富水性層，透水性較差，為弱或微含水層。淺灘段為泥砂堆積人工圍海養殖區，根據地下水含水層所處位置及其不同的賦存形式，淺灘段地下水分為松散巖內孔隙水、砂層承壓水。粗(礫)砂富水性強，滲透性好，為良好的含水層和透水層，具有承壓性;全風化基巖孔隙裂隙水總體上富水性弱，滲透性較差，屬于弱或微含水層。海域段圍巖以弱～微風化花崗閃長巖和粗顆粒花崗巖為主，整體上巖體較完整，局部段高角度密閉型裂隙發育。地下水分為松散巖類孔隙水，風化基巖孔隙、裂隙水，基巖裂隙水三種，總體上富水性弱，滲透性較差，為弱或微含水層。

3 海底隧道施工特點

本隧道設計為三車道隧道，隧道具有施工斷面大、長度較長、地質條件復雜、隱蔽工程多、施工空間狹小等特點，一旦發生安全事故，將可能導致人身傷亡、工期延誤，甚至可能造成巨大的經濟損失。為確保隧道建設安全，主要從安全風險評估與分析，落實安全監控和管理措施，建立安全預警保障體系等方面來提高應急處置，降低施工安全風險。

4 安全風險評估和分析

1)陸域淺埋富水段施工，陸域淺埋段圍巖主要是全風化、強風化，總長度約250 m。該段地下水豐富，特別在雨季，地表水直接沿著風化巖原生、次生節理裂隙滲透補給，導致巖質軟化，圍巖自穩能力極差，極易發生坍塌、下沉等安全事故。2)海灘透水砂層段施工，隧道有長約600 m砂層，其中侵入隧道開挖斷面的有230 m，該砂層段屬于海積和沖洪積堆積而成，結構松散，粘聚力差。不但地下水豐富，透水性好，而且與海水相連通，極易發生涌水、涌砂等地質災害事故。3)海域段風化槽施工，海域段分布有F2，F3風化深槽共兩處，長度約152 m，巖性為全風化花崗巖和強風化花崗巖，結構松散，水頭壓力大于0.7 MPa，極易發生坍塌、突(涌)水災難性傷害事故。4)初期支護異常變形，在不良地質情況下，采用CRD工法、上下臺階法開挖，控制沉降和水平收斂難度極大，容易發生坍塌事故。

5 安全風險監控和管理措施

1)采取綜合超前地質預報，在施工中將超前地質預測預報工作納入工序管理中，采取長距離探測與短距離探測相結合，多種手段并用(見圖2)，互相驗證，以提高預報的準確度。其手段有四種:a.采用超前水平鉆孔探測，根據圍巖類別不同，每斷面布置3孔～5孔不等進行探測;b.采用超前預報系統TSP203對隧道進行探測;c.采用地質雷達對隧道掌子面及周邊圍巖進行探測;d.采用紅外線掃描及時對隧道前方水系進行探測。通過采用這些先進的技術設備、儀器及時準確地對不良地質地段情況進行了探明，并根據地質超前預報結果，做出了合理預先處置。

2)實施兩級監控量測，即第三方監控和單位內部監控量測相結合，建立最大日變形量和累計變形量的風險預警機制。主要通過采用TCRA1201全站儀對地表和洞內初期支護變化進行全程監控量測(見圖3)，嚴格按照規范要求布點量測，確保監控量測數據真實、準確、完整，采集拱頂下沉和拱腰收斂原始數據，通過這些數據信息對圍巖及支護系統的穩定狀態進行判定，為圍巖級別變更、初期支護和二次襯砌的參數調整提供依據，做到早發現、早預防、早處置，準確指導施工生產，確保了隧道施工安全。

3)制定專項施工方案，落實安全保證措施。針對陸域富水淺埋段圍巖強度低、自穩能力差、斷面大的特點，通過數值模擬分析，結合現場試驗，通過采用“地下連續墻止水+深井降水+洞內TSS小導管雙液注漿固結砂層”的綜合施工技術，防止了砂層地下水動態流動，切斷了海水對砂層的補給通道，解決了隧道穿越海域淺灘透水砂層的施工突泥、突水坍塌等施工安全難題。同時通過應用綜合超前地質預報，確定了F2，F3風化槽的位置及性狀，采用“上部周邊帷幕注漿、超前長管棚、超前注漿小導管”等方式對F2，F3風化槽圍巖進行超前預加固處理，對于破碎和風化嚴重地段采用“上部周邊帷幕注漿+超前長管棚+超前注漿小導管”方式對圍巖進行超前預加固處理等施工技術措施(見圖4)，順利通過F2，F3風化槽地段。

4)初期支護異常變形監控措施，按照“管超前、嚴注漿、短進尺、強支護、早封閉、勤量測”的施工原則，首先對隧道的開挖、錨桿施工、鋼筋網掛設、鋼支撐的安裝、噴射混凝土、仰拱全幅施工、二次襯砌、隧道防排水等各分項工程進行了逐級安全技術交底。施工中，嚴格工序管理，規范作業流程，加強對進入隧道人員的管理，建立出入隧道登記制度。在隧道開挖作業中，嚴格控制開挖進尺和使用藥量。在爆破作業完成后立即對開挖斷面進行全面檢查，清理輪廓面上不穩定的巖石，及時進行噴錨支護，加固封閉圍巖，隧道二襯砌緊跟，保證隧道步長距離符合要求，有效避免了隧道初支護出現異常變形。

6 建立安全預警保障體系

1)遠程監控成像系統可以隨時掌握隧道里各個作業面的安全狀況。2)門禁監控系統可以準確掌握人員、車輛、設備進出隧道情況等，并隨時可以通過電腦掌握各類人員、車輛、設備進出隧道的情況。3)安全生產指示預警系統能及時有效地啟動應急救援預案，及時通知救援小組人員和設備準時到達事故現場，實施搶險救援。按照隧道內事故等級，用藍色表示Ⅳ級正常待命，用黃色表示Ⅲ級預警狀態，用橙色表示Ⅱ級異常警戒，用紅色表示Ⅰ級事故應急警報，根據不同級別警報通知應急相關人員趕到事故現場，投入應急救援和搶救工作。4)隧道通信延伸系統。為了保證事故及時報告，應急迅速，在隧道內安裝了移動、聯通延伸系統，保證了隧道里每個作業面信號全面覆蓋，通信暢通無阻。5)應急保障系統。在隧道內設置了應急逃生通道(豎井旋梯和正洞作為逃生通道)，并安裝了應急逃生方向指示燈(牌)和照明應急燈，保障在應急情況下人員、車輛、設備有序撤離。6)風化槽防水閘門系統由于海域風化槽段水壓在0.5 MPa～0.7 MPa，一旦發生突水，將是災難性事故，為此在隧道內專門針對穿越風化槽制作了防水閘門，安裝在距風化槽施工50 m處的地方，確保萬一發生突涌水時進行應急防護。7)開展應急演練，提升處置能力。在海底隧道施工中，為做到預防事故和應急救援相結合，提升現場應急處置能力，根據施工進展情況，結合危險地段的施工，先后組織開展了應急排水、應急電源轉換和隧道防坍塌等多項應急演練。通過應急演練提高了作業人員的安全防范意識和應急處置能力。在工程實踐中，成功的處置了YK11+856出現涌砂涌水險性事故。

7 結語

海底隧道施工安全風險極大，我單位在工程項目建設過程中，結合工程施工特點和實際情況，通過科學評估和分析工程建設過程中的安全風險，并采取有針對性的防范措施，建立起有效的預警和保障體系，將施工安全風險降到最低，最終安全、優質、高效的完成隧道施工任務，此成功經驗可供類似工程參考。