如何科学防治隧道施工灾害？

随着交通基础设施建设的蓬勃发展，我国已成为世界上隧道和地下工程建设规模最大的国家，工程建设面临的地质条件也越来越复杂，突泥涌水、瓦斯、地震等灾害，给施工安全带来严峻挑战。

本期特邀请专家讲解隧道施工中地质灾害的主要类型和防治手段，并关注部分典型工程，介绍其防灾减灾的有效举措，为隧道工程安全施工提供可借鉴经验。

德务高速公路德江隧道。来源于中交报在路上

精准防治 平安守隧

近年来，随着我国交通基础设施的蓬勃发展，隧道工程数量快速增长。截至2020年，我国公路、铁路隧道已突破3.8万座，总长度超过4.1万公里。

隧道施工中，掌子面前方及洞身周边的工程地质和水文地质情况关乎施工质量和安全。不良地质条件隧道施工极易引起坍方、突泥涌水等灾害，不仅给隧道施工灾害防控及治理带来极大困难以及延误工期，也会威胁到人身及设备安全，从而造成巨大的经济损失。

加强隧道建设时的灾害预防及治理，可以有效防止灾害发生，确保隧道施工安全和按时竣工，对于隧道建设意义重大。

不良地质条件 是影响隧道施工的关键

无论是铁路隧道还是公路隧道，其支护结构体系及施工方法是相同的，只是断面形式有差别；地铁隧道也和铁路隧道、公路隧道相似。

对于运营的交通隧道，主要灾害是火灾，而且一旦发生，危害极大，这是由于隧道空间狭窄、逃生救援困难导致的。相较于其他地面建构筑物，隧道抵抗地震的能力更强，这是由于隧道和山体已形成一个整体，一旦发生地震，隧道同山体一起晃动，一般情况只有洞口、浅埋段及活动断裂带附近破坏较严重。

而对于在建的隧道工程，不良地质条件就成为影响施工的关键。由于山岭隧道埋深大、地形地质复杂，勘察设计阶段不可能将地质情况完全查清，不良地质条件会增加隧道施工灾害发生的概率。事实上，即便再深入的地面地质调查及勘探工作，在隧道开挖后也会发现实际地质情况与勘查结果不尽相同，甚至会有很大差异。

断层破碎带及岩溶等是隧道施工中最常见的不良地质，特别是高压富水断层及大型充填溶腔，隧道施工时极易引发突泥突水灾害，隧道穿越煤系地层等不良地质体时，极易诱发瓦斯爆炸灾害，危及生命财产安全。

中铁十六局集团承建的青海曼大公路祁连山2号公路隧道，是国内首条高瓦斯、高硫化氢、高海拔、高寒的“四高”隧道。瓦检员会在施工前探明掌子面前方的瓦斯情况，根据检测结果对瓦斯压力及浓度较高的部位进行钻孔卸压，排放后再校验，然后才可掘进开挖。  王珵 供图

因地施策， 有效防控

不同的不良地质条件会产生不同的地质灾害，须制定有针对性的防治措施。

突泥突水是隧道施工中较为普遍且严重的灾害。对于隧道前方大型富水充填溶腔，可采用释能降压技术处理，通过主动释放溶腔内高势能填充物，消除突泥突水风险，实现低压或无压条件安全施工；对于高压富水断层破碎带，通过上堵下排或分水降压，减少隧道水压，采用信息化注浆技术提高注浆效率及质量，实现安全施工。

岩爆是高地应力硬岩地层隧道施工中可能出现的一种地质灾害。可采用围岩微震监测进行预报，通过超前钻孔释放地应力、开挖面洒水降温、加强支护和人员设备防护等措施，实现安全施工。

当隧道穿越高地应力软弱围岩时，常会引发大变形问题。尽管软岩大变形不是突发性灾害，不像突泥突水、岩爆等灾害对人员及设备安全造成瞬间伤害，但由于地应力高、变形大，支护结构容易侵限、掉块，甚至整体失稳，需要反复拆换，极大增加了工程造价。可通过优化隧道断面、围岩主动支护、地应力超前释放、设置缓冲层、加强支护结构等措施，有效控制变形，做到支护结构不拆换或少拆换。

据了解，除上述三种较为严重的地质灾害外，还有高地温、有毒有害气体等，应采取加强通风、封堵引排等措施。

总而言之，做好地质调查，找准防治目标，优化防治方案，科学选择施工方法，加强施工过程的管控，才能有效控制隧道施工灾害形成的因素，减少隧道施工灾害的发生频率。

由中铁六局承建的山西静兴高速公路大万山隧道最大埋深696.7米，穿越压扭性断层破碎带，项目通过注浆法和超前钻孔排水法应对涌水问题。  靖博 供图

研发新技术， 提高预报准确性

受隧道长度、埋深等各方面因素影响，隧址处地质条件越来越复杂。要保证隧道施工顺利进行，预防地质灾害就成为关键。而超前地质预报正是预防地质灾害的重要手段。通过超前地质预报，预测隧道前方的地质状况，提早、及时地使用有效的开挖与支护方法及灾害防控措施，避免发生人身及设备等安全事故。

超前地质预报有隧道地质调查、掌子面地质素描、超前钻探及物探等多种方法，不同的地质预报方法具有不同的适用范围及条件。

隧道地质调查及掌子面地质素描一直是隧道施工超前地质预报应用最广泛的方法，适用于各种地质条件下的隧道施工。

超前钻探则是采用各种钻机或三臂凿岩台车等设备，在掌子面进行超前钻孔，配合地质调查相互验证，准确探明前方地质情况，将风险提前暴露。尤其是富水断层破碎带、富水岩溶发育区、煤层瓦斯发育区、重大物探异常区等地质条件复杂地段，必须采用超前钻探进行验证。

物探属于一种间接勘探方法，我们常用的红外探测、TSP、TST、地质雷达等均属于物探法，探测范围比较大，预报速度快，在隧道施工中普遍采用。

目前，隧道施工中各种不良地质预测预报技术得到快速发展，预报的准确度日益提升。我国在激发极化法探测地下水、微震预测岩爆等物探领域取得了较为领先的技术成果，钻探方面也研发出了千米级钻机。对于复杂的地质情况，采用单一的预报手段往往很难取得满意的结果，隧道施工一般都是综合运用几种预报手段，取长补短，相互补充和印证。因此，仍需要不断开拓新领域，发展新技术，持续提高隧道施工不良地质预报的可靠性和准确性。

本报记者 赵珊珊

· 典型案例 ·

 广西天巴高速 — 成套预防技术顺利穿越岩溶区

广西交通投资集团有限公司投资建设的天峨至巴马高速公路（简称天巴路）是广西第一条在山岭重丘区修建的双向6车道高速公路，全长104.7公里，桥隧比66.64%，全线55座隧道隧址均位于广西典型喀斯特地貌岩溶极发育区，地质环境错综复杂，隧道建设过程中遇到溶洞、突泥涌水、塌方、地表沉陷等不良地质灾害240余起。

为预防岩溶隧道地质灾害带来的不良后果，降低溶腔填充物段落的施工安全风险，提高岩溶隧道施工防灾水平，天巴路项目团队在国内首创“岩溶区隧道施工安全技术成套保障体系”，全力保障天巴路隧道施工安全。

技术加持 提前预知危险

针对项目喀斯特地貌岩溶发育特点，在隧道施工勘查及地质预测中，天巴路项目团队就全线推广应用半航空瞬变电磁探测技术，勘查位于复杂地形区域的隧道，并根据探测结果分析得出隧道高风险岩溶区段的分布位置及走向，提前预知不良地质危险区间段，为隧道安全施工提供信息保障。

依托半航空瞬变电磁法、超前地质预报、超前地质钻探、加深炮孔等不良地质灾害预测手段，项目团队还构建了多方法、多层次、多尺度的步进式地质灾害探测技术的协同反馈机制，可从多角度探知判断隧道掌子面前方不良地质等安全风险源。根据预测情况，隧道班组在执行每开挖循环前进行班前技术交底，有力保障了隧道施工安全。

强化管控 确保安全掘进

针对探知的溶腔填充段、软弱围岩段等隧道不良地质段，项目团队加强管理，着力从加强洞内工作面照明亮度、配备专职观察员、在溶腔填充物段严格实施径向加深探孔以探测隧道轮廓周边的高风险溶腔隐患、优化作业时间及施工工序等方面加强管控，将安全风险降到最低。

与此同时，项目团队结合重难点，对55座隧道的施工坚持动态管理，在每个施工合同段建立了隧道管控工作群，参建各方结合地质灾害探测信息成果，及时开展隧道衬砌支护参数的变更调整及优化，在发现不良地质段后各方第一时间现场制定处置方案，有效保证隧道施工安全推进。

总结规律 有序应对塌方

在建设过程中，天巴路岩溶隧道发生大小塌方共20余起。项目团队不断完善、探索塌方发生规律，总结出一系列塌方发生前兆特征。

同时，针对从发现异常到发生塌方过程中10至20分钟时间间隔的特点，项目团队制定了及时将作业人员和机械设备疏散撤离的应急预案，进一步确保施工人员生命财产安全。

目前，通过应用自主研发的“岩溶区隧道施工安全技术成套保障体系”，项目团队在天巴路隧道施工过程中实现了200余次不良地质灾害预警，有效提升了高风险岩溶区隧道施工防灾减灾能力，为天巴路建设提供了强有力的安全保障。

刘东 姚宇洪

 成兰铁路跃龙门隧道 — 升级防控安全跃龙门

成（都）兰（州）铁路跃龙门隧道全长约20公里，最大埋深1445米。中铁五局负责隧道左线8335米及右线7881米的施工任务，该段穿越早古生界非煤有害气体逸出段落和5亿年前寒武系高地应力软岩在变形段落，两段落长度均位居全国第一，单隧穿越地质地层时空长度居全国第一，辅助坑道规模全国第一。自开工以来，跃龙门隧道2号斜井和3号横洞工区洞内相继发现硫化氢、瓦斯有毒有害气体，硫化氢浓度最高达378.22ppm（空气中含有百万分之378.22的硫化氢），瓦斯涌出量为每分钟1.25至4.68立方米，施工安全风险极高。

瓦检员检测瓦斯浓度。中铁五局 供图

为确保施工安全，项目部对监测、通风、防爆系统进行了全面升级改造，采用KJ101N有毒有害气体自动监测预警系统，在各掌子面、回风巷参照煤矿规范安装瓦斯和硫化氢传感器，在2号斜井工区的斜井及左右线联络通道设置隔离通风道，在三角区设置风箱，并在3号横洞工区增设独立通风副洞，在隔离风箱安装大功率压入式通风机将新鲜空气送入作业面。此外，项目部将进洞变压器、控制柜、电缆线、配电箱及照明设备逐段更换了防爆型器材，并在安装双电源线路的基础上，对用电量较大的凿岩台车、反坡抽水等用电设备安装了独立供电系统。

不仅如此，项目部通过超前钻孔探测，对孔内气体成分、浓度、压力进行检测，利用矿用钻孔成像仪进行孔内扫描全息成像，并采用加深钻孔方式释放、抽排或封堵硫化氢、瓦斯气体。同时，在容易聚积硫化氢的关键点上方安装园艺喷头喷洒清水或碱性水溶液，安装喷雾装置，并将水压爆破工艺中清水袋替换成了碱性水袋。项目部还采用8至10米深的径向注浆和超前预注浆封堵岩层裂隙及地下水，有效减少了硫化氢气体的溢出量。

4月25日，跃龙门隧道全隧安全贯通。

李维康

喷雾降尘车。中铁五局 供图

 大瑞铁路杉阳隧道 — 硬核防护不惧软岩大变形

3至6级以上地震上百次，溜坍、坍塌、塌方、突泥、涌水、初期支护变形700余次，这是中铁二十三局集团负责施工的大（理）瑞（丽）铁路杉阳隧道施工中遇到的。

该隧道全长13.39公里，最大埋深1015米，共穿越6条大型断层破碎带，存在高地应力、软岩大变形、高地温等极端恶劣地质条件。隧道掘进过程中遭遇最大地应力高达20兆帕，这也导致了软岩大变形，单点变形量可达1.2米，最多时连续变形区段达2000米以上。隧道最后200米均为Ⅵ级围岩，是我国在建围岩掘进难度最大、安全风险最高的铁路隧道。

项目建设团队及时成立了攻关课题组，针对施工的不同阶段，按照“岩变我变”的思路，制定了“快挖、快支、快封闭”“防溜坍、控变形、止涌突”等举措，组织开展了一系列工艺工法创新改进，为应对防灾减灾工作做足准备。

用锚杆加强支护。中铁二十三局 供图

同时，项目团队结合支护参数和应力的变化动态调整支护措施，在Ⅵ级围岩及特殊地质段增加超前地质钻孔，将支护钢架由单层改为双层，二衬混凝土厚度由45厘米调整至60厘米。不仅如此，项目团队还着力加强过程管控，切实落实现场超前地质预报和监控测量制度，重点做好隧道平导等运输通道的支护混凝土开裂、掉块等的隐患巡查排查工作，严格管控下台阶、仰拱进尺、衬砌等重要工序流程，用保安全强质量来降低地质灾害风险。

4月20日，项目顺利完成无砟轨道施工，仅用23天就完成了隧道贯通后的阶段任务施工。