公路隧道工程安全風(fēng)險(xiǎn)特點(diǎn)分析

蘭寧寧 劉 軍

(1.交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究所，北京 100088；2.江西省高速公路投資集團(tuán)有限責(zé)任公司,江西 南昌 330025)

公路隧道工程安全風(fēng)險(xiǎn)特點(diǎn)分析

蘭寧寧1劉 軍2

(1.交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究所，北京 100088；2.江西省高速公路投資集團(tuán)有限責(zé)任公司,江西 南昌 330025)

通過(guò)總結(jié)國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)，對(duì)影響公路隧道安全風(fēng)險(xiǎn)的不同因素進(jìn)行分析，指出工程地質(zhì)條件復(fù)雜性直接影響著隧道安全風(fēng)險(xiǎn)，并伴隨整個(gè)生命周期；養(yǎng)護(hù)工作的局限性使隧道運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)加大；隧道工程建設(shè)的時(shí)序性使其安全風(fēng)險(xiǎn)具有繼承性、殘存性；隧道工程的隱蔽性，使其安全風(fēng)險(xiǎn)具有積累性、突發(fā)性。

隧道工程，安全風(fēng)險(xiǎn)，工程地質(zhì)，隧道養(yǎng)護(hù)

公路隧道工程作為交通基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，是路網(wǎng)穿越山體、水體的重要通道，在路網(wǎng)發(fā)展中占有重要的地位，被稱為控制路網(wǎng)的咽喉[1]。作為半隱蔽性地下工程，隧道工程與山體、水體融為一體，這決定了其安全狀況不僅包含隧道結(jié)構(gòu)自身安全，還脫離不了隧道周邊地質(zhì)條件的安全，隧道安全是兩者穩(wěn)定狀態(tài)的宏觀表現(xiàn)。此外，就其生命過(guò)程而言，隧道工程的安全狀況還受控于建設(shè)環(huán)節(jié)、運(yùn)營(yíng)養(yǎng)護(hù)狀況、管理機(jī)制諸多因素。

許多學(xué)者對(duì)隧道工程安全風(fēng)險(xiǎn)開(kāi)展了相關(guān)研究，馬棟等[2-5]研究了不同圍巖介質(zhì)條件下隧道安全風(fēng)險(xiǎn)；周輝等[6-11]對(duì)不同地應(yīng)力下隧道不同安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了作用機(jī)理分析。

本文在前人研究的基礎(chǔ)上，擬從工程地質(zhì)、隧道襯砌結(jié)構(gòu)、運(yùn)營(yíng)養(yǎng)護(hù)條件等角度，探討公路隧道工程設(shè)施的安全風(fēng)險(xiǎn)的特征。

1 工程地質(zhì)條件的復(fù)雜性

隧道設(shè)施修筑自始至終存在于巖體中，工程地質(zhì)條件對(duì)隧道設(shè)施的影響伴隨其整個(gè)生命周期，這種影響重大并不可回避，工程地質(zhì)條件影響主要體現(xiàn)在地質(zhì)的復(fù)雜性上，包括：圍巖介質(zhì)復(fù)雜性、地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜性、水文地質(zhì)復(fù)雜性。

1)圍巖介質(zhì)復(fù)雜性。我國(guó)國(guó)土面積幅員遼闊，地形地貌與巖體類型繁多、區(qū)域差異性大，因此，隧道在穿越山體、水體時(shí)遇到的圍巖條件也呈多樣化，如：瓦斯地層、煤系地層、巖溶地層、采空區(qū)等不良地質(zhì)層；硬巖、軟巖、膨脹巖、黃土、凍土、流沙等各種特殊巖土[12，13]。

2)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜性。隧道穿越的構(gòu)造帶一般圍巖破碎、易產(chǎn)生應(yīng)力集中、積水，施工擾動(dòng)后易產(chǎn)生變形、塌方、突水涌泥，是隧道施工安全風(fēng)險(xiǎn)的高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，也是運(yùn)營(yíng)隧道襯砌安全最為薄弱段落，容易產(chǎn)生滲水、襯砌掉塊、二襯開(kāi)裂等病害。如位于連霍高速的烏鞘嶺隧道由于穿越F4斷層破碎帶而發(fā)生涌水、塌方事故[14]。

3)水文地質(zhì)復(fù)雜性。公路隧道無(wú)論是施工期還是運(yùn)營(yíng)期，地下水為眾多風(fēng)險(xiǎn)事故的主導(dǎo)誘因，相關(guān)統(tǒng)計(jì)資料表明，地下(表)水是隧道塌方的第二大主要影響因素[15]。隧址區(qū)地下水類型主要有：孔隙水、裂隙水、溶腔水、高壓水、暗河、高寒冰凍(固體水)及地表滲入水等。其中溶腔水、高壓水對(duì)隧道安全的危害最為廣泛和突出，經(jīng)常引發(fā)巖溶突水涌泥、隧道塌方、襯砌開(kāi)裂等施工風(fēng)險(xiǎn)，給隧道帶來(lái)極大的安全風(fēng)險(xiǎn)。

2 現(xiàn)有隧道養(yǎng)護(hù)工作局限性

我國(guó)公路隧道發(fā)展歷史較短，公路隧道養(yǎng)護(hù)技術(shù)尚處于發(fā)展與摸索階段，公路隧道日常、周期性檢測(cè)深度受限，隧道監(jiān)測(cè)的自動(dòng)化、快速化、智能化方面技術(shù)水平還比較落后，多數(shù)隧道的日常養(yǎng)護(hù)仍依賴于養(yǎng)護(hù)人員目測(cè)、尺量等方式，工作效率低下、檢查結(jié)果可靠性不足。隧道養(yǎng)護(hù)一線的技術(shù)水平不能滿足大規(guī)模公路隧道安全管理的需求。

3 隧道安全風(fēng)險(xiǎn)繼承性、殘存性

公路運(yùn)營(yíng)隧道是經(jīng)由可行性研究、勘察設(shè)計(jì)、工程施工等多個(gè)階段按照時(shí)序連續(xù)實(shí)施作業(yè)的產(chǎn)物，每階段均繼承了上一階段殘留的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)，又將本階段的殘余風(fēng)險(xiǎn)遺留到下一階段。因此，隧道運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)繼承了其前三個(gè)階段的遺留風(fēng)險(xiǎn)。如可行性研究階段由于初測(cè)深度、廣度不足，在方案比選時(shí)選擇了地質(zhì)高風(fēng)險(xiǎn)地段的線路，造成施工期間的重大安全風(fēng)險(xiǎn)[16]；勘察設(shè)計(jì)階段的線形設(shè)計(jì)，其線形風(fēng)險(xiǎn)(大縱坡、小半徑等)在運(yùn)營(yíng)中才得以顯現(xiàn)；施工階段塌方段落或地下水涌出段落，若施工中處治不徹底，則常常是運(yùn)營(yíng)隧道襯砌開(kāi)裂、二襯滲水的段落[17]。

4 隧道安全風(fēng)險(xiǎn)累積、突發(fā)性

隧道工程作為一種地下公路設(shè)施，風(fēng)險(xiǎn)在初始階段對(duì)隧道安全基本不構(gòu)成危害，常常具有迷惑性，或較為隱蔽，日常巡檢或常規(guī)手段難以發(fā)現(xiàn)。而當(dāng)該風(fēng)險(xiǎn)發(fā)展到一定程度時(shí)對(duì)隧道不良影響的概率及可能造成的損失突然急劇增大。因此，隧道工程風(fēng)險(xiǎn)具有很強(qiáng)的累積、突發(fā)性，尤其隧道結(jié)構(gòu)損傷類風(fēng)險(xiǎn)事件。

如施工階段襯砌背后形成的空洞，在初始階段對(duì)隧道襯砌影響并不明顯，但隨著空洞的不斷變大，開(kāi)始逐漸改變襯砌受力狀態(tài)，降低襯砌結(jié)構(gòu)的承載能力，導(dǎo)致襯砌開(kāi)裂[18]。

5 結(jié)語(yǔ)

本文從公路隧道壽命全過(guò)程的角度分析了不同階段隧道風(fēng)險(xiǎn)特征，得出結(jié)論如下：

1)圍巖介質(zhì)的復(fù)雜性、地質(zhì)構(gòu)造的復(fù)雜性、水文地質(zhì)復(fù)雜性等工程地質(zhì)條件對(duì)隧道安全風(fēng)險(xiǎn)有著直接影響并伴隨其整個(gè)生命周期。2)隧道養(yǎng)護(hù)技術(shù)水平的局限性對(duì)隧道在運(yùn)營(yíng)期間的安全風(fēng)險(xiǎn)有著重大影響作用。3)公路隧道的可行性研究、勘察設(shè)計(jì)、工程施工等每一階段均在繼承了上一階段的殘留風(fēng)險(xiǎn)的同時(shí)又將本階段的殘余風(fēng)險(xiǎn)遺留到下一階段，其使公路隧道風(fēng)險(xiǎn)具有明顯的繼承性和殘存性。4)作為一個(gè)隱秘性工程，公路隧道安全風(fēng)險(xiǎn)在初始階段常常具有迷惑性，常規(guī)手段難以發(fā)現(xiàn)，而當(dāng)風(fēng)險(xiǎn)發(fā)展累積到一定程度時(shí)對(duì)隧道不良影響及可能造成的損失會(huì)急劇增大，使隧道安全風(fēng)險(xiǎn)具有很強(qiáng)的累積性和突發(fā)性。

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Analysisofsafetyriskcharacteristicsinhighwaytunnelproject

LanNingning1LiuJun2

(1.ResearchInstituteofHighwayMinistryTransport,Beijing100088,China；2.JiangxiProvincialExpresswayInvestmentGroupCo.,Ltd,Nanchang330025,China)

By summarizing the relevant literature at home and abroad, the study analyzing the different factors affecting the safety risk of highway tunne， the conclusion are as follow: the complexity of engineering geological conditions directly affects the safety risk of tunnel and is accompanied by the whole life cycle; The limitation of the maintenance makes the tunnel operation risk increase, the time sequence of tunnel construction makes the safety risk survivability and inheritance. Due to the concealment of tunnel engineering, the safety risk of the tunnel is cumulative and unexpected.

tunnel engineering, safety risk, engineering geology, tunnel maintenance

U458

A

1009-6825(2017)26-0166-02

2017-07-08

蘭寧寧(1989- )，男，助理工程師