貴廣高鐵三都隧道高風險對策與設計

朱志遠 何昌國

摘 要：貴廣高速鐵路連接貴州、廣西及廣東三省，是中國西南山區第一條時速250km/h的高速鐵路。三都隧道全長14637m，為I級風險特長巖溶隧道，全線重要的控制性工程。該隧開挖揭示了大規模巖溶暗河、溶腔等，具有隧道通過巖溶段落長、巖溶涌水量大、溶洞發育復雜等特點。文章論述三都隧道的風險控制方案、設計的關鍵點等，為類似工程的設計、施工和進一步研究提供借鑒。

關鍵詞：高速鐵路 高風險隧道 巖溶隧道

中圖分類號：U455.1 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2018）01（c）-0180-02

三都隧道坐落于貴州省黔南州境內，為I級風險巖溶特長隧道[1]，全長14637m。全隧道穿越地層包括第四系全新統，寒武系上統爐山組，奧陶系下統桐梓組及紅花園組、大灣組，志留系翁項組，泥盆系中統上邦寨組、獨山組。共穿越4個向斜（營上向斜、大田1號向斜、大田2號向斜、平寨向斜）、兩個背斜（大田背斜、烏埃背斜）、14個斷層破碎帶（營盤正斷層、楊梅樹1號逆斷層、楊梅樹2號逆斷層、雷坡正斷層、造紙山正斷層、烏路逆斷層、牛路逆斷層、毛栗寨1#正斷層、毛栗寨2#逆斷層、巖腳寨正斷層、大田逆斷層、烏埃逆斷層、中朝正斷層、巫昔逆斷層）。三都隧道主要地下水類型包括基巖裂隙水、褶曲及斷層富水帶、巖溶溶隙管道水。

1 三都隧道主要風險因素分析

三都隧道塌方風險按成因分為斷層破碎帶影響；巖層產狀，層間結合力影響；節理等結構面產狀及結構力學性質影響；巖溶發育帶影響。隧道突水、突泥風險按成因分為斷層破碎帶影響；地層不整合接觸帶、侵入巖與圍巖接觸地帶影響；巖溶管道水、暗河，充水溶洞影響。風險統計詳見表1。

2 三都隧道風險應對措施

2.1 三都隧道風險控制程序

風險橫向控制：在同一設計階段中，形成“地質勘察→風險初評→反饋線路→線路優化→風險再評→風險可控→設計措施→專家評審”的風險控制程序，有效控制階段各項風險。

風險縱向控制：在不同的設計階段之間，形成“上階段風險控制指導下階段設計措施→下階段優化設計減緩風險→進行風險專家評審指導下階段設計”的風險控制程序，把設計中各階段風險控制貫穿起來，形成有效的風險控制網。

2.2 超前地質預報與監控量測相結合控制風險

三都隧道施工前，采用地震波探測儀對掌子面前方30m～100m范圍內的不良地質體的位置、規模、性質作較為詳細的預報，并粗略預報圍巖級別和地下水情況，每100m施作一次。在地震波探探測的基礎上采用超前探測驗證。對掌子面前方30m左右范圍的地質情況作更準確的預報。先進行紅外超前探測（每掘進循環一次），而后每個斷面布設2～5個探測孔（其中一孔取巖芯），對掌子面前方地下水、地溫及圍巖情況進行探測，探測孔25m一個循環，單孔長度為30m左右，相鄰探測孔之間的搭接長度為5m。當有異常情況時，結合預測結果判釋，可加密鉆孔或加深部分爆眼孔，鉆孔布置應針對物探異常進行調整。

三都隧道施工過程中，實施監控量測工作，及時反饋施工情況，驗證設計和預防風險事件發生。監控量測要求對洞內圍巖和支護結構的位移、變形、受力情況以及地表水、地表建筑等進行施工過程的完整監測，提供及時、可靠的信息，評定施工期間圍巖和支護結構的穩定性及對周邊環境的影響，避免施工安全事故、支護結構破壞、第三方損失等風險的發生。

超前地質預報是施工前對風險的診斷，監控量測是施工過程中對風險的實時控制。通過多項預測預報手段所得的資料進行綜合分析與評判，相互印證，并結合掌子面揭示的地質條件、發展規律、趨勢、前兆及監控量測的結果，進行預測、判斷，預防危險的發生，同時還能相應優化調整措施。

2.3 三都隧道巖溶突水、突泥風險應對措施

突水、突泥在巖溶隧道施工過程中常有出現。三都隧道出口工區掌子面開挖至DK135+508時，施做加深炮孔時揭露出股狀壓力水，而后立即停止洞內所有施工作業，撤退洞內所有施工人員和能移走的機械設備，并立即啟動了突水突泥應急預案，安排安全員和電工對洞內情況進行巡查，啟動水量和水壓監測工作，同時將以上情況上報。

針對有突水突泥風險地段，制定處理措施或注漿預案，注漿主要形式有超前帷幕、超前局部注漿及開挖后補注漿。施工中以超前地質預測預報為基礎，對巖體賦水、地表水與地下水連通性、巖體完整性及施工安全、環境保護多因素進行評價后選用。

隧道施工中，加強地質超前預報，根據預報結果及時采取預防措施，同時發出危險警報。進行隧洞開挖前，將洞內重要設備調出洞外，洞內施工人員分批進洞作業，以確保人員及設備的安全，若涌（突）水發生后，應及時疏通橫通道，以減少單洞水流量。發現水量過大不能跑出隧道時，需就近上爬梯避險。對于順坡施工極可能發生大型突水突泥的地段，可調整設計的橫通道間距并適當增設橫通道作為逃生通道，以減少施工風險，并在掌子面后方設置逃生爬梯，逃生爬梯附近可放置救生圈、救生衣、保險繩等設備。逃生爬梯的設置需結合各單位施工運輸等機具統籌考慮，不應侵入施工中車行限界，并自身應具有一定抗沖擊能力，施工中可根據實際情況采用臨時鎖腳錨桿（拉桿）等措施對其進行穩定性加固。建立應急疏散系統，如應急疏散標志標識最佳逃生路線、應急照明等，并配備相關救援設備、設施等。建立各工區間及其與洞外生產組織調度中心的通信，保證通信暢通。

3 結語

高速鐵路I級高風險三都隧道，不僅實現了全隧順坡施工排水有效減小施工風險，也成功緩解長距離多工作面施工通風壓力；針對巖溶地區施工防災問題采用針對性設計措施防災預案，為今后艱險山區類似工程提供范例。

參考文獻

[1] 胡子平.復雜巖溶隧道突水突泥防災報警系統設計[J].現代隧道技術，2007，44（6）：48-49.

[2] 朱穎.工程風險設計理念與措施研究[J].院長論壇，2009（7）：34.

[3] 關寶樹.隧道工程設計要點集[M].北京：人民交通出版社，2003.