象山隧道巖溶突水防災監測預警及救援技術

許 倩

復雜巖溶隧道發生突水突泥等地質災害時為確保現場人員能夠安全快速躲避、撤離免受傷害，需建立風險隧道安全應急及預防快速響應機制，這就是復雜巖溶隧道防災監測預警及救援技術。

1 工程概況

新建龍巖至廈門鐵路象山隧道是我國“華東地區第一長隧”，設計車速200 km/h。左右洞分別長 15.898 km，15.917 km，為特長鐵路隧道。

2 技術概況

復雜巖溶隧道預警監控系統主要包括三方面內容:1)雨量、水量、水壓觀測及地表沉降觀測系統;2)防災報警、應急照明及逃生救援系統;3)完善與安全有關的各項制度。

3 降雨量監測

降雨量采用雨量自動記錄儀進行監測。儀器設在控制隧道安全、極易發生重大突水突泥的富水溶腔段地表。

自動計錄儀是屬于自動測量技術范圍，用于氣象探測的收集地面降雨量信息的一種自動雨量站。可通過無線通信將數據傳輸到網絡雨量查詢系統上，可以直接在電腦上進行數據接收。

4 水文監測方法

4.1 水量

采用人工及自動相結合的方法。

1)人工量測:水量較小可采用量桶法量測，水量大時應集水歸槽后采用堰測法量測。2)自動觀測:集中匯水點(如隧道進出口、橫通道匯集口、巖溶管道口等)均需設置自動流量測量儀，對流量進行24 h不間斷監測。3)流量測定。a.容積法:計算公式Q=V/t，裝水V時所耗的時間t，適用于小流量的簡易觀測。b.堰測法:一般有3種形式的堰，三角、梯形及矩形堰，三角堰適用于小流量的觀測，梯形及矩形堰適用于大流量的觀測，其規格見圖1～圖 3，計算公式如下:Q=Ch5/2，Q=0.018 6Bh3/2，Q=0.018 38(B－0.2h)h3/2。其中，Q為流量，L/s;B為堰檻寬，cm;h為過堰水深，cm;C為隨h而變化的系數，其值如表1所示。堰檻寬規格，梯形堰堰口邊坡1∶0.25，堰檻寬40 cm，42 cm，60 cm，64 cm;矩形堰堰壁厚度(指堰壁頂部的厚度)δ＜0.67h，堰檻寬20 cm，40 cm，60 cm。測量過堰水深時，應在堰口上游不小于3h處進行。

圖1 三角堰

圖2 梯形堰

圖3 矩形堰

表1 隨h變化的C值

4.2 水壓

涌水洞內應設置不受開挖影響的水壓觀測孔進行水壓測試。

1)測試方法:使用專門探孔進行水壓測試，對孔口管封水、安裝法蘭盤、連接壓力表，如圖4所示。

圖4 水壓監測孔示意圖

2)相關要求。a.打設探孔后，應對孔口管封水、安裝法蘭盤、連接壓力表以及套管，并在孔內設置軟式透水管。b.考慮到溶腔充填物可能影響或堵塞鉆孔，應在鉆孔內跟管設置軟式透水管，以確保水壓測量的精度及長期性。c.應經常性地對壓力表進行檢測、維修，發現壓力表失效時，及時更換，確保所測壓力的準確有效。

4.3 水位

對隧道上方地表鉆孔及井內水位監測，可采用人工和自動水位儀兩種方法進行。

5 地表沉降變形監測

5.1 沉降變形觀測

觀測的目的是通過沉降觀測，分析沉降觀測資料，根據變形數據初步判別變形范圍和變形趨勢，對災害的發生做出合理的預警分析。

1)沉降變形測量等級及精度要求。沉降變形測量等級及精度要求按表2規定執行。

表2 沉降變形測量等級及精度要求

2)沉降變形監測網主要技術要求及建網方式。沉降變形一般主要采用垂直位移監測網。a.垂直位移監測網主要技術要求見表3。b.垂直位移監測網建網方式。垂直位移監測一般按沉降變形等級三等的要求(國家二等水準測量)施測，根據沉降變形測量精度要求較高的特點，以及標志的作用和要求不同，垂直位移監測網布設方法分為二級:基準點。要求建立在沉降變形區以外的穩定地區，基準點使用全線二等精密高程控制測量布設的基巖點、深埋水準點、沉降變形點。直接埋設在要測定的沉降變形體上。要求設置牢固，便于觀測，且不破壞沉降變形體的外觀和使用。

表3 垂直位移監測網主要技術要求

5.2 地表沉降評估

測量單位要按照觀測時間要求，及時進行沉降觀測。觀測數據按照統一格式填寫，所有測試數據必須真實準確，記錄必須清晰，不得涂改。

6 建立風險預警管理機制

6.1 建立風險點快速反應機制

根據進洞施工條件，建立風險點預警等級制度及可靠的專項安全應急預案，并對所有員工進行遇險逃生教育，嚴格執行工前教育制度。

6.2 在洞口設置預警警示牌

對所有進洞施工人員進行風險安全意識教育，并為每名員工配置風險源安全標示卡，洞口設置安全進洞條件預警警示牌。

6.3 定期組織安全逃生演練

每月進行1次逃生演練，演練前進行周密部署，演練后召開專題會進行總結。

6.4 防災報警、應急照明及逃生救援系統

1)監控量測及觀測系統。a.全面對初支及未襯砌段進行檢查，發現水壓變形及坍方隱患立即進行結構補強。b.加強隧道被涌水浸泡墻腳部位的觀察，防止墻腳失穩。2)防災報警系統。a.電話報警。b.報警器報警。c.對講機報警。d.喇叭報警。e.口哨報警。f.電視監控。3)應急救援系統。a.應急救援車。在洞內作業集中區設置救援專用車，24 h待命。b.救生繩。在隧道邊墻兩側，懸掛安全繩、貫通全洞。c.救生圈。在隧道洞內各工作面邊墻處每隔30 m～50 m放置救生圈10個。d.安全平臺。隧道內主要作業區搭設安全平臺，在平臺上配備部分救生器材。e.救生網。在隧道邊墻布設救生網。f.救生衣。在隧道施工各掌子面配足救生衣，高風險作業面人員隨身穿帶。

7 安全管理規定

1)嚴格執行進出洞一人一卡登記制度。洞口設值班室，進洞人員憑“卡”進洞，洞口設專人進行登記，并掛牌公布洞內人員動態。

2)配齊專職安全人員。每個作業區配置2名專職安全員，發現問題及時示警疏散作業人員。

3)健全安全教育培訓制度。每周進行一次安全教育，對全體人員進行風險源、自救、逃生組織的培訓及演練。

4)完善防災逃生演練制度。每月進行防災逃生演練，每周對應急報警及逃生系統進行檢查，隨時更換損壞設施。

[1]李廣慧.宜萬鐵路野三關隧道施工防災預警技術[J］.鐵道標準設計，2010(8):20-22.

[2]李庚許.宜萬鐵路大支坪隧道巖溶地質災害綜合防治技術[D］.北京:中國地質大學，2009.

[3]王立曖，馬志富，楊貴生.鐵路隧道防災救援技術研究[J］.鐵道標準設計，2007(11):50-53.