基于预警防灾体系的岩溶隧道突水灾害防治研究

基于预警防灾体系的岩溶隧道突水灾害防治研究

0马鹿大平天理解隧道突水近年来，随着中国西部道路和铁路隧道的大量建设，突水污泥应急是粤陕北隧道施工过程中风险最大的灾害之一。2002年，圆凉山隧道发生洪水，死亡9人，采用地下探测槽处理约1天。2006年1月21日，马库根隧道发生洪水，死亡11人，处理时间为2年。2007年8月5日，宜万铁路野生关隧道发生重大洪水，死亡10人，救援42人。治疗仍在进行中。隧道突水严重影响了施工和生命财产安全。为了防止和减少因洪水等灾害造成的损害，许多科学家在隧道中研究了不良地质体，确定了隧道中可能存在突水事件，并研究了隧道中突水风险、突水防治和处理。目前，隧道应急报警系统的研究仍处于初步阶段。沪蓉西高速公路乌池坝隧道和齐岳山隧道施工期突水可能性极大,属于高风险岩溶隧道,以两隧道为依托研究隧道突水预警防灾体系,建立预警机制和应急处置体系,对防治突水灾害发生和灾后应急逃生、救援和处理工作有重要的指导意义.1隧道突水预警体系隧道突水预警体系是指将隧道突水风险作为研究对象,在突水灾害发生前,判断是否会发生突水、突水会造成多大程度的危害和如何防止突水发生,指导人们在灾害发生后如何逃生、救援和灾后处理工作.隧道突水预警体系由突水预警机制和应急救援预案两部分组成.2隧道突发事件预警机制2.1预警管理机制预警机制是指在隧道发生突水灾害前,探讨构成该灾害的成因及其预警原理与方法,预报可能发生灾害的地段,构建能够监测和预防灾害的预警方法,在灾害发生前发布预警.预警机制分预警组织体系、预警运作机制、预警保障4部分,即预警中心,预警决策、预警发布、预警应对措施组成(见图1).预警中心是指专门承担地质灾害监测、预报和发布预警的组织;预警决策是指通过地质分析、综合超前地质预报、力学分析(监控量测、数值计算等)等手段获得大量信息形成预警的最终信息;预警发布指良好的信息发布网络,良好的预警发布机制是实现预警的保障;应对措施是指采取一定的手段,防止突水突泥灾害发生的技术措施.2.2国家重大分级根据隧道突水风险等级和突水可能造成的损失,从高到低分为特别重大(Ⅰ级)、重大(Ⅱ级)、较大(Ⅲ级)、一般(Ⅳ级)四个级别,并分别用红、橙、黄、蓝四种颜色发布预警,即四色预警(见表1).2.3通过网络邮件机制的实现2.3.1决策协调功能预警中心是指收集、辨别分析和确定预警级别的组织机构,由业主、设计、施工、监理、科研单位共同组成,使各单位之间的职责更加明确,即科研单位把科研成果呈报业主,业主、设计下发到监理、施工单位,使科研成果能更好地为生产服务.这样,各单位能更好地发挥各自的优势,能建立资源共享、共同研讨、务实高效的配合机制和形成集决策型、管理型和协调型于一体的预警组织体系.2.3.2突水风险预警方案设计预警决策是指预警机构分析收集的各种因素,提出自己的判断,得出预警级别的过程.运用地质分析和模糊数学综合评判方法,划分隧道突水风险等级,一般分为四级(见表2),Ⅰ级突水风险最高,Ⅳ级最低.在风险等级划分后,进一步结合地质分析,利用物探手段进行综合地质预报,确定不良地质体的位置和体积,物探实施方案见表3.在综合超前地质预报判定有突水危险时,结合钻孔水的喷距、水压判断预警等级(见表4),或一旦发生突水应急救援预案的响应等级.通过对监控量测数据进行反演分析,求得施工洞段的力学参数,建立风险区域地质力学模型,进行力学分析,计算水体位置、水量大小、水的性质对隧道围岩稳定性的影响,确定掌子面与水体的最小安全距离,对水体进行提前治理.根据风险等级、综合超前地质预报和力学分析,最终确定是否需要发布预警及其等级.2.3.3突发情况下预警的落实预警发布是指预警机构如何将预警信息通过有效的途径传达到每一个工作人员,使每一个工作人员都能在事发前做好应急准备.预警一经提出,必须呈报指挥部,由指挥部层层下发并落实(见图2),最终落实到每一个施工人员,使每一个施工人员有所准备,清楚应急救援物资的位置和使用方法,以及在突发情况下,如何逃生和逃生的最佳路线.2.3.4应急反应措施预警一经发布,必须做好应急逃生准备和严格按照预警级别制定相应工程应对措施,方可施工.2.3.4.涌水流量调整(1)加强监控量测.当测量数据变化不正常或突变、洞内或地表位移值大于允许位移值、洞内或地面出现裂缝、喷层出现异常裂缝和涌水、掌子面和钻孔出现涌水流量突然加大时,均视为危险信号,立即通知作业人员撤离现场,待查明原因制定处理措施后再行施工.(2)合理支护.对岩溶发育、地质条件较差地段采用小导管或长管棚超前支护,必要时采用早强喷射混凝土、早强锚杆和钢支撑支护等措施.(3)紧跟衬砌.每部开挖后紧跟初衬,及早封闭,支护成环.(4)必要地段进行局部注浆、局部补充注浆和径向注浆,径向注浆范围为开挖轮廓线外3m.2.3.4.预注浆加固围岩治理方案(1)、(2)、(3)同蓝色预警.(4)合理选择开挖方法.短开挖,采用CD或CRD工法或微台阶(见图3)等.(5)弱爆破.爆破时,严格控制用药量,及时调整爆破参数.(6)预注浆加固围岩.在岩溶发育、地下水丰富区段,对工作面进行注浆加固.主要处理方案有:①查明地质状况和地下水量,采用径向注浆.径向注浆范围为开挖轮廓线外5m;②未发现明显的溶洞管道,而开挖面涌水较大时,采用帷幕注浆;③溶洞位置比较准确,或开挖后出现空溶洞时,在对工程有影响的范围内,进行填充注浆;④对不同形状小溶洞、水流较小的溶洞,采用块石、片石、混凝土回填封闭、钢筋混凝土护拱、素混凝土隔墙封补注浆、在溶洞内设过水涵洞等形式;⑤对较大较深溶洞且含大量充填不稳定冲积物时,用超前长管棚高压劈裂注浆.(7)布置减压孔导排水.2.3.4.试矿水系统(1)～(5)同黄色预警.(6)径向注浆范围为隧道轮廓线外8m.(7)防排水反坡施工隧道内应设计足够的积水坑和排水能力,一般要具备60～100dm3/d排水能力储备,水泵宜选用流量400～700m3/h,扬程30～50m规格,选用Φ300mm左右的管线,泵站以600～800m为宜,以三级泵站为例(图4),应按某段隧道最大涌水量来配备,泵站要有两路以上相互独立的电源,保证有24h不间断的排水能力,并至少配置一套能力相同的备用泵.2.3.4.反坡防水门及挡水墙(1)～(7)同橙色预警.(8)建立防水闸门系统.在反坡施工隧道各通道口及重要部位加设移动式防水闸门和移动式挡水墙,一旦发生突水突泥,人员撤离后可关闭防水闸门或挡水墙.3降低事故发生危险隧道突水应急救援预案是隧道突水灾害预警防灾体系的重要组成部分,通过灾害发生前的计划和应急措施,充分利用一切可能的力量,在事故发生后迅速控制事故发展并尽可能排除事故,保护现场和场外人员的安全,将事故对人员、财产和环境造成的损失降低至最小程度.3.1应急响应在事故发生后立即采取的应急与救援行动.包括报警与通报、人员疏散、急救与医疗、消防与抢险、信息收集、应急决策、外部求援等.3.1.1事故突发事故发生危险性预警的应急响应等级救援领导小组应根据不同的预警级别做出相应的响应.一旦事故突发,根据四色预警级别初步确定应急响应等级,即预警的相应等级.然后根据事态的发展进行应急级别的调整.3.1.2反应方案响应程序是指在发生突水事故接警后,如何启动应急救援和控制事态发展的过程(见图5).3.2应急措施预警发布后,应储备应急物资并在工作面以及应急躲避场所布置,以备应急之需.3.2.1各类参保设备的储存和保管保证预警及应急预案所需物资的数量和质量,明确各类抢险所需设备设施和材料、安全环保防护用品、必备药品、食品的储存和保管(见表5),包括通讯器材、交通工具等都应得到保障.3.2.2应急照明及救援措施①采用简单实用、便于操作的手动报警装置,并在各掌子面、施工作业点和已施工的危险地段附近,设置报警联动装置(见图6(a)).②保证隧道内采用通讯网络的质量,以保持洞内外紧密联系.③优化施工供电方案,分段供电,以便施工照明用于逃生照明;保证作业面发生灾害时,施工照明可保持.在隧道内每隔200m在边墙上部设置自带蓄电池的应急照明灯(见图6(b)).④在疏散线路适当位置和疏散通道口设置标志箱或标志牌.⑤在距掌子面500m范围内设置好安全绳并每隔一定距离配置救生圈(见图6(c)).⑥掌子面的后方每间隔30～50m,在隧道侧壁上焊置2～4个具有一定抗冲击能力的钢爬梯(见图6(d)),在爬梯处放置棉衣、食物、救生衣或救生圈等物品,在发生突(涌)水时掌子面作业人员可爬上爬梯紧急避险,并等待洞外急救队员解救或等待时机利用救生圈或救生衣自救出洞.⑦每个掌子面必须放置供氧呼吸紧急救援装置、救生衣或救生圈、救生筏、缆绳或麻绳等;停放一辆9座面包车,以备应急.⑧安全货柜就位,放置急救药品等应急物资.⑨紧急避险场所处预存棉衣、干粮、防水照明灯、救生衣、供氧设施及橡皮筏等物品,以便遇险人员进行自救,在避开突(涌)水爆发高峰后,紧急避险人员借助橡皮救生筏顺水流漂流出洞.无法逃生时,可爬到高处等待救援.⑩及时打通掌子面附近的人行或车行横洞,逃生时应沿隧道侧壁跑.3.2.3应急救援团队组织三支约100人的应急队伍,人员必须常驻工地且身体和精神健康;平时进行培训、演练.3.2.4应急资金预警体系建设需要资金支持,项目部根据实际情况预留预警体系建设所需经费,实行专款专用.3.3援助物资及设备外处置预警发布后,除采取一切措施预防灾害发生、储备救援物资和设备外,还要制定科学的逃生路线,一旦突水,应立即报警并迅速逃生,如果来不及外逃,应选择就近躲避场所躲避,等待时机自救或他救.3.3.1乌池坝隧道洞内突水突泥灾害发生突水时,应遵循“迅速武装,选择最佳逃生路线,积极逃生”的原则,“时间充足向洞口逃,时间较紧向高洞逃,时间紧迫向就近逃的避难所逃”,以便自救和他救,以乌池坝隧道出口为例说明.乌池坝隧道左、右洞底板不在同一高程,左洞底板比右洞高3m多,出口为逆坡施工,应及时打通所有的行人和行车横洞,发生灾害时可减轻突水洞的负担和便于逃生.不同隧道掌子面发生突水突泥灾害时,逃生路线见图7和图8.3.3.2逃跑道具包括可载人车辆、橡皮筏、救生衣、救生圈等.3.3.3高压电缆(1)做好电力线路的架设及维护保养,高压电缆悬挂高度距隧道底板距离不得低于4m,低压线路悬挂在距隧道底板高度不小于2.5m处边墙上.(2)高压电缆采用有屏蔽监视型橡套电缆;低压电缆采用不延燃橡套电缆.各种电缆的分支连接,用与电缆配套的防爆连接器、接线器和插销,线路应装设漏电保护装置,电路短路后电源自动跳闸.一旦发生突(涌)水时,立即切断高压电源.3.4应急救援3.4.1救援组织救援组织应该集中指挥,并且尽量以自主救护为主,以确保应急救援工作顺利、有效地进行.在应急救援预案启动后,救援力量见表6.3.4.2救援措施(1)急救医疗措施①救援组织各机构各司其位.②各班组清点人员,确认有无被困人员.③应急急救医疗小组及定点医院医护人员及时到达事故现场.④紧急调运橡皮筏、救生圈救生衣、大功率抽水泵、正压氧呼吸器、救护车及圆木、救生圈等设施设备.(2)隧道洞内排水及急救①突水后,马上启用大功率水泵排水.②组织搜救小组,采取必要的个人防护措施(配备橡皮筏、救生圈、救生衣、安全绳等安全设备和必要的急救器材),进洞实施抢险救援.③及时疏通排水设施,使水流通畅.④用脚手架和木板搭设临时栈桥、浮桥,隧道洞壁挂安全绳,三脚架和木板安装要牢靠,安全绳要系牢.⑤根据响应等级相应调动项目部、地方政府力量.⑥采取地毯式搜救方式,包括利用地质雷达、生命探测仪等手段,不放过隧道内的每一个角落.⑦对自救出洞人员和被救出洞人员进行医疗检查和医护救治.对伤情严重的,应现场简单治疗后送医院进行救治.⑧保护现场,因抢救伤员,防止事故扩大以及疏通交通等原因需要移动现场时,必须及时作出标志、摄影、拍照、详细记录和绘制事故现场图,妥善保存现场重要痕迹、物证等.(3)涌水流量及变化时间和流速.①及时了解水情、气象测量预报信息.②观测关键钻孔的水位变化、涌水流量及变化时间、流速、水压.③观测数据有变化时,及时向应急小组组长汇报,以便次生事故发生前搜救人员和设备紧急撤离.④在继续搜救被困人员同时,在确保人员安全的情况下,加固变形地段.3.4.3地下水补给区截压待水量减少或消退、水压降低后,进行注浆处理;若水流很大、水压很高,且无减弱趋势,采用:①在地下水补给区与辅助洞涌水点之间布置泄流钻孔分流泄压,降低引水隧道涌水点的涌水量和流速.②封堵工作面,超前钻孔注浆止水并加固围岩.③采用迂回导洞在上游揭穿水道,排水减压.3.5好的处理救援行动结束后,应清理现场,治疗伤员,安置伤亡人员并安抚其家属,帮助他们树立灾后重建的信心,联系保险公司搞好相关赔偿手续.3.6应急救援党总支和副指挥为指定新闻东南角提供支持应急救援全程,需正视媒体采访,将事故发生、救援、结果等如实向媒体透露.应急救援总指挥和副指挥为指定新闻发言人,负责举行新闻发布会.3.7应急救援小组的成立当隧道内所有人员全部救援落地、死亡和失踪人员已经查清,伤员基本得到救治、事故得到控制、滋生事故因素已经消除、紧急疏散人员恢复正常生活后,由应急救援指挥部据实际情况,宣布结束,其中重特大事故,应取得相关部门同意后宣布结束.应急结束后,救援领导小组应将事故调查结果和救援情况形成详细书面报告,报上级有关单位;成