廣珠鐵路江門隧道下穿泄洪道施工風(fēng)險(xiǎn)分析與控制

李 浩，陳偉庚

(1.廣鐵集團(tuán)公司，廣東廣州 510088;2.廣珠鐵路有限責(zé)任公司，廣東珠海 519015)

隧道施工風(fēng)險(xiǎn)分析及研究越來越受到重視，其理論體系正在逐步完善中，已經(jīng)初步形成行業(yè)規(guī)范［1-2］。陳潔金等進(jìn)行了隧道塌方風(fēng)險(xiǎn)模糊層次分析［3］，周峰［4］對(duì)山嶺隧道塌方風(fēng)險(xiǎn)做過深入研究。隨著鐵路建設(shè)的快速發(fā)展，越來越多的隧道不可避免地緊鄰或下穿各類建(構(gòu))筑物。傅金陽［5］針對(duì)富水花崗巖地層中隧道施工對(duì)鄰近建筑物的影響，進(jìn)行了較深入研究，在富水風(fēng)化花崗巖地層中目前多采用帷幕注漿法對(duì)地層進(jìn)行加固［6］，本文依托下穿泄洪道的江門隧道工程，分析其施工風(fēng)險(xiǎn)，針對(duì)地層遇水崩塌的特點(diǎn)，提出雙層水平旋噴樁加固地層的施工方法，大大降低了施工風(fēng)險(xiǎn)，可供類似工程參考。

1 工程概況

江門隧道DK111+115—DK111+210段下穿玉龍湖泄洪道，如圖1所示。該段隧道所處為丘區(qū)溝谷地，山勢(shì)陡峭，其中DK111+140—DK111+195段洞頂埋深3 m(圖2)，谷底為玉龍湖泄洪通道，泄洪道寬約20 m，常年有水流動(dòng);隧道線路左側(cè)地表有一小餐廳。隧道洞身淺埋，地層上部為全—強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，下部為微風(fēng)化花崗巖，裂隙發(fā)育，基巖為花崗巖(圖2)，綜合評(píng)價(jià)為Ⅵ級(jí)圍巖。

對(duì)地層水平旋噴樁+管棚預(yù)加固后，采用三臺(tái)階法開挖。隧道開挖輪廓高約11.7 m，寬約12.0 m，拱墻和仰拱均設(shè)置27 cm厚C25噴射混凝土，兩側(cè)邊墻設(shè)置3.5 m長(zhǎng)φ22系統(tǒng)錨桿，間距100 cm×100 cm;拱墻設(shè)置φ8鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格間距15 cm×15 cm;全環(huán)設(shè)置I22工字鋼，0.5 m/榀;二次襯砌拱墻和仰拱均采用C35鋼筋混凝土，其中拱墻50 cm厚，仰拱60 cm厚［7-8］。

圖1 隧道與泄洪道位置關(guān)系

圖2 江門隧道下穿泄洪道三維剖視

2 風(fēng)險(xiǎn)分析

江門隧道下穿泄洪道段主要特點(diǎn):①超淺埋，最小埋深約3 m;②富地表水，谷底本身即為匯水點(diǎn)，且泄洪道內(nèi)常年有水流動(dòng);③地質(zhì)條件復(fù)雜，全風(fēng)化花崗巖不均勻地層;④斷面較大，隧道下穿玉龍湖泄洪道段開挖輪廓高約11.7 m，寬約12.0 m;⑤施工技術(shù)復(fù)雜，工序多;⑥地表有較重要建筑物，在隧道線路左側(cè)有一小餐廳。

礦山法鐵路隧道施工風(fēng)險(xiǎn)事件主要有塌方、突水涌泥、大變形、瓦斯和巖爆等［1］。結(jié)合江門隧道下穿泄洪道段的實(shí)際情況，可以斷定此處不存在瓦斯、巖爆等風(fēng)險(xiǎn)事件，因此該處應(yīng)重點(diǎn)針對(duì)塌方、大變形、滲漏水等風(fēng)險(xiǎn)事件進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)措施。

對(duì)江門隧道下穿泄洪道施工風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行識(shí)別與分析，采用R=P×C定級(jí)法對(duì)風(fēng)險(xiǎn)事件的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)進(jìn)行評(píng)定［2］(R表示風(fēng)險(xiǎn)，P表示風(fēng)險(xiǎn)因素發(fā)生的概率，C表示風(fēng)險(xiǎn)因素發(fā)生時(shí)可能產(chǎn)生的后果)，見表1。

表1 江門隧道下穿泄洪道段施工風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)定

表1中可見，分析判定隧道施工風(fēng)險(xiǎn)事件中塌方、大變形、滲漏水等級(jí)為高度，接受準(zhǔn)則規(guī)定為不期望，必須采取風(fēng)險(xiǎn)處理措施降低風(fēng)險(xiǎn)并加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，采取措施對(duì)地表水進(jìn)行有效的隔離，對(duì)地層進(jìn)行有效的預(yù)加固，對(duì)施工質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格控制，最后加強(qiáng)施工管理及監(jiān)測(cè)。

3 控制措施與效果

3.1 控制措施

通過對(duì)江門隧道下穿泄洪段風(fēng)險(xiǎn)的分析與評(píng)估，根據(jù)分析評(píng)估結(jié)論，綜合現(xiàn)場(chǎng)情況和專家意見，考慮經(jīng)濟(jì)等綜合因素，針對(duì)富地表水條件下淺埋偏壓隧道施工從技術(shù)上提出以下風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)措施。

1)在地表泄洪道內(nèi)，隧道中線兩側(cè)各25 m(全長(zhǎng)50 m)范圍內(nèi)架設(shè)φ50鋼管，在鋼管網(wǎng)上鋪設(shè)防水板，隔斷地表水和隧道之間的直接通道，確保施工期間，地表水順暢流經(jīng)隧道頂部，可防止施工中萬一發(fā)生塌方時(shí)地表水倒灌隧道內(nèi)，見圖3。

2)DK111+135—DK111+165段采用水平旋噴樁+管棚進(jìn)行預(yù)加固(圖4)，水平旋噴樁可起堵水作用，管棚可提高樁體的抗剪強(qiáng)度，這種方法對(duì)地層進(jìn)行預(yù)加固后，既可以堵水又可以提高地層強(qiáng)度，從而為隧道的施工安全提供保障，降低了施工風(fēng)險(xiǎn)，圖5即為水平旋噴樁照片，圖中可見樁體咬合良好，可達(dá)到有效止水目的。

圖3 泄洪道地表處理措施

圖4 地層預(yù)加固方案

圖5 水平旋噴樁現(xiàn)場(chǎng)照片

3)采用臺(tái)階法開挖，實(shí)行短循環(huán)進(jìn)尺，施工中嚴(yán)格控制超挖，減少對(duì)圍巖不必要的擾動(dòng)，下部硬巖爆破時(shí)應(yīng)合理布置爆孔位置，控制裝藥量，以減少對(duì)已施作支護(hù)及圍巖的擾動(dòng)，降低風(fēng)險(xiǎn)。

4)及時(shí)施作支護(hù)并保證施工質(zhì)量，嚴(yán)格控制初支鋼拱架間距及噴射混凝土質(zhì)量;針對(duì)該段的特殊情況，增設(shè)鎖腳錨桿，并保證鎖腳錨桿打設(shè)深度及角度;縮短支護(hù)的成環(huán)周期，保證初期支護(hù)及時(shí)成環(huán)。

5)加強(qiáng)監(jiān)控，根據(jù)要求對(duì)隧道沉降收斂進(jìn)行監(jiān)測(cè)，必要時(shí)增設(shè)監(jiān)測(cè)斷面及測(cè)點(diǎn)，加大監(jiān)測(cè)頻率，對(duì)地表及建筑物進(jìn)行及時(shí)監(jiān)測(cè)。

3.2 控制效果

施工效果證明，水平旋噴樁預(yù)加固大大提高了圍巖穩(wěn)定性，克服了全風(fēng)化花崗巖遇水崩解引起滑塌的困難。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)觀察止水效果較好，洞內(nèi)滲水較小，初支施作后僅局部出現(xiàn)滲水，且水量很少。監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，對(duì)地層預(yù)加固后，拱頂變形控制在6.5 cm左右，上臺(tái)階的收斂值控制在8.0 cm左右，實(shí)際施工中變形量基本上是可以接受的。因此，本文針對(duì)富水全風(fēng)化花崗巖超淺埋隧道的塌方風(fēng)險(xiǎn)大的問題，所選擇的控制措施是有效、合理的。

通過風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，識(shí)別出江門隧道下穿玉龍湖泄洪道施工過程中可能發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)事件和潛在的風(fēng)險(xiǎn)因素，確定了風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。在現(xiàn)有技術(shù)措施基礎(chǔ)上，提出了預(yù)防和降低風(fēng)險(xiǎn)的措施，這些措施實(shí)施后，塌方風(fēng)險(xiǎn)概率等級(jí)降為偶然，風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)降為中度;大變形、滲漏水等風(fēng)險(xiǎn)事件的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)亦降為中度;環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)沒有明顯的降低，但是施工中加強(qiáng)了監(jiān)測(cè)，保證了施工安全。各類風(fēng)險(xiǎn)被降到可接受水平，從而實(shí)現(xiàn)了安全、經(jīng)濟(jì)、高效的目標(biāo)。隧道已經(jīng)快速安全地通過了泄洪道段，期間沒有發(fā)生事故。

4 結(jié)論

對(duì)江門隧道下穿泄洪道段施工風(fēng)險(xiǎn)分析可知:

1)隧道下穿泄洪道段風(fēng)險(xiǎn)源眾多，施工風(fēng)險(xiǎn)高，塌方、大變形、滲漏水等事件的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為高度，接受準(zhǔn)則規(guī)定為不期望，必須采取風(fēng)險(xiǎn)處理措施降低風(fēng)險(xiǎn)并加強(qiáng)監(jiān)測(cè)。

2)主要風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)措施包括地表隔水措施、采用水平旋噴樁對(duì)地層進(jìn)行預(yù)加固、確保隧道支護(hù)質(zhì)量、加強(qiáng)監(jiān)測(cè)等。其中水平旋噴樁對(duì)地層加固效果良好，降低了施工風(fēng)險(xiǎn)。

3)在風(fēng)險(xiǎn)分析基礎(chǔ)上，提出的針對(duì)性的控制措施，將各類風(fēng)險(xiǎn)降到可接受水平，保證了隧道施工的安全，實(shí)現(xiàn)了安全、經(jīng)濟(jì)、高效的目標(biāo)。

［1］中華人民共和國(guó)鐵道部．鐵建設(shè)［2007］200號(hào) 鐵路隧道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與管理暫行規(guī)定［S］．北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2007．

［2］中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)．GB 50652—2011 城市軌道交通地下工程建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)管理規(guī)范［S］．北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2011．

［3］陳潔金，周峰，陽軍生，等．山嶺隧道塌方風(fēng)險(xiǎn)模糊層次分析［J］．巖土力學(xué)，2009，30(8):2365-2370．

［4］周峰．山嶺隧道塌方風(fēng)險(xiǎn)模糊層次評(píng)估研究［D］．長(zhǎng)沙:中南大學(xué)，2008．

［5］傅金陽．富水復(fù)合地層淺埋暗挖地鐵施工對(duì)鄰近建筑物影響分析［D］．長(zhǎng)沙:中南大學(xué)，2010．

［6］中華人民共和國(guó)水利部．DL/T 5148—2001 水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范［S］．北京:中國(guó)電力出版社，2001．

［7］中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司．江門隧道暗挖段勘察設(shè)計(jì)報(bào)告［R］．武漢:中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，2008．

［8］盧穎明．風(fēng)險(xiǎn)管理在隧道工程監(jiān)控量測(cè)中的應(yīng)用［J］．鐵道建筑，2010(9):62-65．