田 忠 陳禹成 趙遠(yuǎn)慶 馮 升 丁 潔

(1.湖北交投鄂西高速公路建設(shè)管理有限公司 武漢 430051； 2.湖北省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院股份有限公司 武漢 430051)

鄂西南地區(qū)以山區(qū)地形為主，天坑、地縫、絕壁、峰叢、巖柱群、溶洞等巖溶地貌一應(yīng)俱全。巖溶帶來奇特的自然風(fēng)光，同時(shí)也給工程建設(shè)帶來不利影響，特別是隧道施工。

地質(zhì)超前預(yù)報(bào)工作是巖溶區(qū)隧道施工必要環(huán)節(jié)，例如，康全國等[1]對鄂西南地區(qū)重要巖溶地貌地質(zhì)遺跡進(jìn)行調(diào)查和歸類，并對巖溶地貌形態(tài)特征和成因進(jìn)行了分析。郭明[2]依托鄂西山區(qū)巖溶隧道，探討了巖溶發(fā)育機(jī)制及特征，并提出了隱伏溶洞影響隧道圍巖穩(wěn)定性評估方法。孟凡濱[3]結(jié)合汶馬高速米亞羅3號隧道突水突石及瓦斯異常涌出事故，對所采取的超前地質(zhì)鉆探預(yù)測預(yù)報(bào)措施進(jìn)行了介紹和分析。李術(shù)才[4]研發(fā)了性能更強(qiáng)的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的陸地聲納第三代儀器。房昱緯[5]提出了一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的鉆探測試數(shù)據(jù)智能分析和地層識別方法。馮春萌等[6]重點(diǎn)分析了意大利Casagrande C6系列多功能水平鉆的實(shí)際應(yīng)用情況，對設(shè)備性能、原理等作了詳細(xì)闡述。周輪等[7]依托齊岳山隧道工程，提出隧道綜合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)，闡述了綜合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)流程，并根據(jù)預(yù)報(bào)結(jié)果采取相應(yīng)處治措施。李志林等[8]利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論和小臂分析及模糊評價(jià)法，建立了巖溶突水安全風(fēng)險(xiǎn)評估模型，并成功預(yù)測了齊岳山隧道掌子面前方巖溶水。

目前關(guān)于隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)研究主要集中在技術(shù)方面，將超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)與現(xiàn)場管理相結(jié)合的研究很少。筆者認(rèn)為超前地質(zhì)預(yù)報(bào)管理是超前地質(zhì)預(yù)報(bào)和現(xiàn)場施工之間必不可少的銜接環(huán)節(jié)，一套好的管理辦法對超前地質(zhì)預(yù)報(bào)具有重要指導(dǎo)意義。

本文依托鄂西南地區(qū)在建的張南高速公路和建成的利萬高速公路項(xiàng)目，在現(xiàn)有研究基礎(chǔ)上，從項(xiàng)目管理角度出發(fā)，提出扁平化管理體系、三級預(yù)警制度和巖溶隧道地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估方法，并在工程中驗(yàn)證其有效性。

1 隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)

1.1 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)

隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)是指利用鉆探和現(xiàn)代物探等技術(shù)，探測隧道、隧洞等地下工程的巖土體開挖面前方的地質(zhì)情況，力求在施工前掌握前方的巖土體結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、狀態(tài)，以及地下水、瓦斯等的賦存情況、地應(yīng)力情況等地質(zhì)信息的一種手段。

隧道地質(zhì)預(yù)報(bào)方法主要有：地質(zhì)調(diào)查法、超前鉆探法、物理勘探法(TSP法、TGP法和TRT法)、超前導(dǎo)洞法、水利聯(lián)系觀測法等。地質(zhì)調(diào)查法是隧道施工超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的基礎(chǔ)，適用于各種地質(zhì)條件；物理勘探法適用于長、特長隧道或地質(zhì)條件復(fù)雜隧道的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)；超前導(dǎo)洞可采用平行超前導(dǎo)洞和隧道超前導(dǎo)洞法，兩座并行隧道根據(jù)先行開挖的隧道，預(yù)測后開挖隧道的地質(zhì)條件。

1.2 巖溶隧道地質(zhì)災(zāi)害

受地下隱伏溶洞影響，隧道圍巖地應(yīng)力重新分布，從而導(dǎo)致隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)發(fā)生開裂、變形等病害；受溶洞填充物的影響，隧洞施工時(shí)易發(fā)生突泥涌水、塌方等嚴(yán)重的地質(zhì)災(zāi)害；地下溶洞揭露襲奪地表水，易造成地表沉降、水源枯竭等惡性后果。故突泥涌水、塌方是巖溶發(fā)育區(qū)隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)重點(diǎn)預(yù)測的地質(zhì)災(zāi)害。

2 隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)管理模式

當(dāng)前，鄂西南地區(qū)隧道施工主要采用新奧法施工，隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)是隧道圍巖級別鑒定、隧道地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測的必要環(huán)節(jié)。

隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)管理過程中，主要有以下問題：隧道施工現(xiàn)場情況復(fù)雜，超前地質(zhì)預(yù)報(bào)現(xiàn)場工作與隧道現(xiàn)場施工沖突；涉及多個(gè)參建單位，各參建單位溝通不暢，信息傳遞效率低；現(xiàn)場超前地質(zhì)預(yù)報(bào)過程監(jiān)管困難，預(yù)報(bào)準(zhǔn)確度缺乏保障。針對以上問題，借鑒成功的項(xiàng)目管理經(jīng)驗(yàn)，提出扁平化管理模式。

2.1 扁平化管理模式

扁平化管理模式是20世紀(jì)90年代興起的管理模式，倡導(dǎo)各層管理人員之間、管理者與執(zhí)行者之間平等的項(xiàng)目管理理念，其方法是縮減管理層次、擴(kuò)大管理幅度，從而提高組織機(jī)構(gòu)執(zhí)行力、效率。

根據(jù)扁平化管理模式理念，設(shè)計(jì)隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)管理體系，隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)管理體系流程圖見圖1。該管理體系改變以往多層管理模式，僅分3層。

圖1 隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)管理體系流程圖

2.2 三級預(yù)警管理制度

根據(jù)《公路橋梁和隧道工程施工安全風(fēng)險(xiǎn)評估指南》，對隧道地質(zhì)預(yù)報(bào)實(shí)行三級預(yù)警管理制度，由超前預(yù)報(bào)單位及時(shí)發(fā)出預(yù)警。I級警報(bào)暫停施工，由建設(shè)單位組織各方商討解決，必要時(shí)邀請專家召開研討會；II級警報(bào)謹(jǐn)慎施工，由技術(shù)管理處組織各方商討解決；III級警報(bào)正常施工，監(jiān)理單位牽頭組織施工單位和預(yù)報(bào)單位應(yīng)密切關(guān)注洞內(nèi)外情況，必要時(shí)升級警報(bào)等級。

隧道超前預(yù)報(bào)總體歸口建設(shè)單位(總監(jiān)辦)管理，技術(shù)管理處協(xié)助管理，項(xiàng)目分部、設(shè)計(jì)單位、監(jiān)理單位、施工單位和預(yù)報(bào)單位共同參加。建設(shè)單位(總監(jiān)辦)負(fù)責(zé)全面工作，負(fù)責(zé)組織各單位商討I級警報(bào)的應(yīng)對措施；項(xiàng)目分部負(fù)責(zé)現(xiàn)場協(xié)調(diào)各相關(guān)單位的工作，組織各單位商討II級警報(bào)的應(yīng)對措施；設(shè)計(jì)單位負(fù)責(zé)提供有關(guān)的設(shè)計(jì)資料，參與風(fēng)險(xiǎn)等級為I～I(xiàn)II級警報(bào)的“實(shí)施方案”的評審工作；監(jiān)理單位負(fù)責(zé)現(xiàn)場管理工作，對風(fēng)險(xiǎn)等級為III級的警報(bào)進(jìn)行處理；施工單位協(xié)助開展隧道超前預(yù)報(bào)工作，嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求、超前預(yù)報(bào)要求及指令進(jìn)行施工；超前預(yù)報(bào)單位負(fù)責(zé)現(xiàn)場實(shí)施，建立隧道預(yù)報(bào)和監(jiān)測的預(yù)警制度，及時(shí)提交預(yù)警報(bào)告。

超前預(yù)報(bào)單位根據(jù)搜集到的資料，結(jié)合各隧道總體風(fēng)險(xiǎn)等級有針對性地編制超前預(yù)報(bào)實(shí)施方案，依規(guī)報(bào)批獲得施工許可后方可展開實(shí)施，再依據(jù)超前預(yù)報(bào)實(shí)施效果向相關(guān)單位發(fā)出I～I(xiàn)II級警報(bào)，最后按不同權(quán)限組織各參建方討論處治措施并實(shí)施。

3 巖溶隧道地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估法

為了動態(tài)掌握掌子面前方地質(zhì)情況、降低對掌子面前方巖溶和其它不良地質(zhì)的預(yù)報(bào)誤判率、明確可能誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)源，以便對原設(shè)計(jì)地質(zhì)情況進(jìn)行辨識和再分析，并根據(jù)反饋信息提出規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)的實(shí)施方案，進(jìn)行動態(tài)設(shè)計(jì)和施工，隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)動態(tài)設(shè)計(jì)流程圖見圖2。

圖2 隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)動態(tài)設(shè)計(jì)流程圖

3.1 涌水突泥事故評估

涌水突泥是巖溶區(qū)隧道的主要地質(zhì)災(zāi)害之一。地下水的力學(xué)作用有靜水壓作用和勁水壓作用，這2種作用都能使巖體發(fā)生水力劈裂，使裂隙連鎖增加張開度增大，從而增加滲透力，使局部隔水屏障作用被突破，地下水位高出，從而形成涌水突泥。

隧道施工區(qū)段涌水突泥事故分值計(jì)算方法見式(1)。

P=γ·B1(A1+C1)

(1)

式中：γ為折減系數(shù)；A1為巖溶發(fā)育程度；B1為斷層發(fā)育段；C1為周圍水體情況。A1，B1，C1取值方法見表1。

表1 涌水突泥事故可能性評估

涌水突泥事故可能性和預(yù)警等級標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 涌水突泥事故可能性和預(yù)警等級標(biāo)準(zhǔn)

3.2 坍塌事故評估

隧道施工區(qū)段坍塌事故分值計(jì)算方法見式(2)。

P2=γ(C2×A2+B2+D2+E2+F2)

(2)

式中：A2為圍巖級別；B2為斷層破碎情況；C2為滲水狀態(tài)；D2為地質(zhì)符合性；E2為施工方法；F2為施工步距。A2～F2取值見《公路橋梁和隧道工程施工安全風(fēng)險(xiǎn)評估指南》。

坍塌事故可能性和預(yù)警等級標(biāo)準(zhǔn)見表3。

表3 坍塌事故可能性和預(yù)警等級標(biāo)準(zhǔn)

4 實(shí)施效果

通過對巖溶隧道地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估，再選擇合適的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)，提高了超前地質(zhì)預(yù)報(bào)效率，從而避免多起潛在的涌水突泥、坍塌地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生，節(jié)約了工程費(fèi)用，可產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。以利萬高速齊岳山隧道為例，按上述地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估方法及超前預(yù)報(bào)管理模式進(jìn)行管理，超前地質(zhì)預(yù)報(bào)精準(zhǔn)率見表4。

5 結(jié)語

實(shí)施隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)扁平化管理模式、三級預(yù)警管理制度和巖溶隧道地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估法為鄂西南巖溶發(fā)育區(qū)隧道工程按期完工提供了保障，節(jié)約了投資，為施工創(chuàng)造了便利條件，實(shí)踐證明管理模式合理可行。

隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)扁平化管理模式減少管理層級、精簡人員，三級預(yù)警管理制度細(xì)化了隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)管理流程，利于超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作推進(jìn)和監(jiān)管。

巖溶隧道地質(zhì)災(zāi)害評估法充分考慮隧道現(xiàn)場實(shí)際，對事故風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行定量化的評估，為巖溶區(qū)隧道安全施工提供有力保障。