1、DOI:10.13379/j.issn.1003-8825.202209054开放科学（资源服务）标识码（OSID）隧道坍塌应急处置和未来科学救援发展趋势胡科敏（中国中铁股份有限公司，北京100039）摘要：依托国家应急救援中铁二局昆明救援队历年来参加的 14 次隧道坍塌事故应急救援案例，总结分析如何科学有效地组织隧道坍塌应急救援，详细阐述成功救援的关键因素，包括救援方案选择和救援装备使用等，并提出隧道坍塌科学救援发展趋势，为今后隧道坍塌应急救援提供参考。关键词：隧道坍塌；应急救援；专业化；智能化；机械化中图分类号：U458.1文献标志码：B文章编号：1003 8825(2023)01 004
2、3 06 0 引 言近年来，隧道工程在公路、铁路建设所占的比例不断提高，隧道数量不断增加。2017 年底，全国公路隧道16 229 处、1 528.51 万m，增加1 048 处、124.54 万 m，其中特长隧道 902 处、401.32 万 m，长隧道 3 841 处、659.93 万 m1。截至 2018 年底，铁路营业里程达 13.1 万 km，投入运营的铁路隧道15 117 座、总长 16 331 km，2018 年新增开通运营线路铁路隧道 550 座、总长 1 005 km，其中长度10 km 以上的特长隧道 12 座、总长约 144 km2。我国成为隧道工程建设的第一大国。由于隧
3、道工程长度大、地质条件复杂、勘察深度不足、施工方案不合理、工序卡控红线、执行不力等原因，建设过程中的安全风险巨大，存在许多不确定性，在建隧道坍塌而引发的“关门”现象时有发生，给施工人员生命安全造成了极大威胁。19872014 年隧道工程施工过程中坍塌事故次数，见图 1。4050199030199520200010200502010隧道塌方次数年份图1国内隧道工程坍塌事故统计隧道坍塌事故从 2000 年以后明显增多3。近年来，发生被困人员超过 10 人的在建隧道坍方事故至少有 4 起，分别为“41”吉图珲客运专线小盘岭隧道坍方事故、“714”云桂铁路 I 标富宁隧道坍方事故、“810”安江高速公
4、路两天窝隧道坍方、“125”厦蓉高速公路扩容工程 A3 合同段后祠隧道坍方等。由于缺乏对隧道坍塌原因的科学分析判断，缺少先进适用的救援装备，隧道坍塌事故发生后不能有效地组织救援，常常采用人海战术，不仅造成大量的人力财力浪费，还可能因救援处置措施不当引发次生灾害，导致救援失败4。事故发生后应根据坍塌情况、水文地质、坍塌体特点，选择科学的救援方法，并尽快掌握被掩埋人员的位置、人数、施工设计情况等信息，选择适用的装备，采取安全、快速的救援措施。本文依托中铁二局昆明救援队历年来参加的14 次隧道坍塌事故应急救援、共营救被困人员81 人案例，总结分析如何科学有效地组织隧道坍塌应急救援，包括制定救援方案、
5、选择救援装备等，探索隧道坍塌应急救援专业化模式。1 救援方案 1.1 总体思路隧道坍塌发生后，现场应清点人数，确定被困人员数量；在保证安全的前提下踏勘坍体，利用既有风水管线联系坍体背后的被困人员；将现场情况报送至专业救援队；现场迅速建立监控量测体系，实时预警次生灾害；组织施工力量开始反压回填坍体和支撑变形初支，稳定救援环境；就近采用潜孔 收稿日期：2022 11 10作者简介：胡科敏（1980），男，安徽合肥人。高级工程师，主要从事安全质量风险管控和应急管理研究工作。E-mail：。胡科敏：隧道坍塌应急处置和未来科学救援发展趋势 43 钻机开始生命联系孔钻进作业；准备救援需用的物资材料和后勤保
6、障。隧道坍塌救援的总体思路是：先确定被困人员生存状态，为被困人员输送生命物资保持良好生命状态，等待救援通道打通后营救被困人员。国内较成熟的救援方法有小导坑法、大口径水平钻机法、竖井法和顶管法等5。1.2 选取原则 1.2.1 安全救援在救援前置准备、救援方案制定和救援实施的过程中要保障安全救援要素7，主要有：交通运输及设备转运安全；坍体、初支加固，防止二次坍塌；加强现场监控量测，预警次生灾害；作业人员穿戴防护用具，现场设安全员；实施人员、车辆管控；杜绝冒进，如爆破、开挖方式救援需经过论证；加强气象跟踪，做好恶劣天气应对。1.2.2 发挥专业救援队核心作用专业救援队具有丰富的救援经验、专业化装备
7、和常备救援技术人员团队，具备救援过程中疑难问题、典型问题的解决能力，组织突击能力强，对本区域内的不良地质表现和可调动应急资源较为了解。事故隧道施工单位以救援准备、前期工作和救援配合为主，专业救援队伍以救援作业组织为核心，是成功救援重要保障。1.2.3 保障被困人员生命现场踏勘时，利用既有高压风管、水管与被救人员联系；生命通道钻机打通生命通道后，向被救人员送风、水、食和小型手电等生命所需物资，建立音视频监控系统，实时掌握被困人员情况，安抚被困人员情绪。浅埋隧道要考虑地面钻孔，同时要考虑借助辅助坑道或平行隧道实施救援。1.2.4 多种救援通道方案制定救援方案时，要选取多种救援通道方案，当一种救援通
8、道方案实施受阻时，有备用方案继续实施，最大程度地尽早营救保障被困人员。2 救援通道施工方法隧道坍塌事故救援通道施工方法主要有人工小导坑法、大口径水平钻机法、顶管法、中心水沟法、竖井法等，各方法的特点分析，见表 1。本文主要介绍人工小导坑法、大口径水平钻机法这两种应用最广泛的救援通道方法。表1不同救援通道方法特点分析救援通道方法掘进速度（m/h）适用条件受限缺点人工小导坑法0.51坍塌围岩较弱，不能采取火工爆破作业掘进遇到高强度围岩坍塌掘进困难，突破长距离坍塌体耗时较长大口径水平钻机法35满足5 m（宽）5.3 m（高）隧道救援作业断面尺寸设备体积大、运输便道要求高，狭小断面隧道不能展开顶管法
9、0.52坍塌围岩强度低且松散，坍体长度小于20 m难以突破较硬岩层，长距离顶进需要更大的顶进力中心水沟法13隧道有中心水沟结构，已施工水沟超出坍体覆盖范围水沟清理情况复杂，也涉及受限空间作业竖井25隧道埋深小于50 m，隧道顶部地表有钻机作业面地表承载力须满足钻机及辅助设施重量，地质成孔性须良好 2.1 人工小导坑法（1）适用范围：适用于坍体已稳定，且无其他扰动因素；初支破坏程度较轻围岩较弱，便于掘进的坍塌体。特点：一是实施方便灵活，采用人工施作，对进入救援场地道路的宽度要求较低，能更快进入救援现场，救援所需器材方便人工携带，施工容易开展；二是成功率和可靠性高，人工施作时塌方体内部结构可见，使
10、用小型机械设备开挖故障率减低，救援成功案例中最常用的便是小导坑法。（2）工艺原理：在坍塌体处选择合适断面作为洞口，按照梯形小导坑的断面尺寸，以人工辅以风镐、手风钻等对隧道坍方体进行开挖，采取边开挖，边支护的方式，打通救援通道，营救被困人员。施工工艺流程，见图 2。准备工作小导坑洞门搭建施作超前支护及洞口反压小导坑出渣小导坑贯通小导坑断面选取及尺寸制定小导坑开挖小导坑洞口位置选择小导坑支护图2小导坑施工工艺流程（3）导坑支护方式6：主要采取方木箱架支护，箱架采用密排满铺，箱架木料采用 15 cm15 cm的方木做竖向支撑，10 cm10 cm 的方木做顶板，30 cm10 cm 的方板做底板。特
11、殊条件下，也可采用矿用液压支撑或钢结构件做支撑材料。小导坑支护结构主要有梯形和三角两种，坍体正面掘进采用路基工程 44 Subgrade Engineering2023 年第 1 期（总第 226 期）梯形小导坑，利用完好初支侧壁掘进时采用三角小导坑。三角、梯形小导坑通道示意，见图 3。三角、梯形小导坑通道尺寸，见图 4。隧道中线初支轮廓线救援导坑坍体 a 三角形导坑 b 梯形导坑隧道中线坍体初支轮廓线救援导坑图3三角、梯形小导坑通道示意 180救援导坑150 a 三角形导坑 b 梯形导坑15120157 88 75救援导坑16015100图4三角、梯形小导坑通道（单位：cm）2.2 大口径水
12、平钻机法（1）适用范围：大口径水平钻机法基本适用任意隧道坍塌救援环境。特点：建立时间短、营救速度快，成孔快速、安全，成孔过程中对周围塌方体影响小，出渣简单迅速，安全系数高。应满足的条件：一是救援工作面满足“18.0 m（长）5.0 m（宽）5.3 m（高）”的净空空间，保证钻机平台填筑、钻机就位、钻具吊装系统及钻机配套机具装卸的空间需要；二是运输便道可通行 22 m 运输拖车；三是救援工作面附近有大于 200 kVA动力电源和高压水，满足电动机液压站运转动力电源和除尘水的需要。（2）工艺原理：采用潜孔锤套管钻进模式及螺旋排渣方式，使用内外钻具同时钻进、外管超前方式钻进穿越坍体，撤出内钻杆，外钻
13、管形成外部安全区域与遇险区域人员的救援通道，通道直径62 cm，形成的通道空间满足一人通过，可钻进最深深度 50 m，能够满足穿越大多数隧道坍方长度的要求，采用油电双动力和液压履带自由行走以适用不同工况。大口径水平钻机，见图 5。大口径水平钻机施工工艺流程，见图 6。（3）关键环节：钻孔前期作业平台填筑过程应严格控制保证钻机进入路面平整无偏斜，保证路面地基承载力大于 10 MPa，钻机履带下方铺设20 mm 专用钢板。坍方体洞口回填应用沙袋回填至拱顶位置，对围岩等级差的洞口还应打入超前小导管或搭建临时防护支架，保证作业时坍方体不会二次坍塌。大钻机钻孔前期应先用 180 小型钻机打通生命通道，确
14、定坍方体长度和被困人员位置后再确定大钻机钻孔位置，钻孔期间应严格控制钻孔角度，防止在钻孔作业途中钻具过长自身重力下沉导致钻具卡顿无法作业，应在钻入前期对钻具下方加装钻管支撑架防止钻具下沉。钻孔过程中应记录钻进过程是否突进、卡钻、钻进速度变化等，并对钻孔进行地质描述。钻进过程中应控制钻管外悬长度，防止钻机下沉和钻管下挠，钻机动力不足与克服钻管与坍塌的摩擦力，导致钻进受阻。a 结构示意 单位 mm b 实物图5大口径水平钻机 洞内加固钻孔定位钻机钻头选择钻机就位钻孔作业钻机贯穿钻孔内钻杆撤出逃生通道形成洞口处理打通生命通道吊装系统和配套设备就位坍体回填推算坍体长度渣土传送带安装拆装钻具图6大口径水
15、平钻机工艺流程（4）钻头选择：内钻头有螺旋钻头、DTH 潜孔锤钻头、DTH 潜孔锤伸缩扩孔钻头三种。塌方体为砂土、黄土和黏土时，采用外钻筒+螺旋钻头钻进，见图 7；塌方体为碎石土（碎石粒径最大不超过 60 cm）时，采用 DTH 潜孔锤+外钻筒钻进，见图 8；塌方体主要为碎石（粒径超过 60 cm）胡科敏：隧道坍塌应急处置和未来科学救援发展趋势 45 时，采用 DTH 潜孔锤伸缩钻头+外钻筒钻进，见图 9。因此，该钻机适合各种复杂地质条件下隧道塌方救援。钻机准备钻机贯通钻孔逃生通道形成钻机钻进砂土图7大口径水平钻机在软弱围岩中钻进 钻机准备钻机贯通钻孔逃生通道形成碎石土DTH潜孔锤钻头突前钻进
16、图8大口径水平钻机在较硬围岩中钻进 钻机准备钻机贯通钻孔逃生通道形成钻头破碎钻进碎石图9大口径水平钻机在硬岩层中钻进 3 救援案例 3.1 小导坑法 3.1.1 救援经过2014 年 8 月 10 日 19 时 50 分，贵州省石阡县甘溪镇境内瓮安至江口高速公路两天窝隧道发生坍塌，13 名施工人员被困。国家隧道应急救援中铁二局昆明队 8 月 12 日接上级救援命令后，于 13 日凌晨 0 时 30 分抵达事故现场后立即展开救援。救援通道采用小导坑法，排除了坍体松散溜坍、坍体内孤石和钢结构物阻拦等困难，不断调整掘进方案，坚持科学、安全、快速救援。经过 86 小时全力救援，于 16 日 14:15 分成功打通了 26.6 m 的救援通道，13 名被困人员全部成功获救。3.1.2 救援方案制定根据昆明队和技术专家组救援方案，首先在右幅隧道对应左幅隧道可能存在空腔的位置，使用施工钻机施作生命联系孔，寻找被困人员生命迹象；其次，在右幅坍塌隧道采用渣土回填和沙袋堆码，反压稳定坍体变形，并对初期支护进行加固；由于坍塌段地质富水，施工单位对坍体进行注浆止水封闭，防止因漏水导致坍体滑移变形；对冒顶区域和
