復(fù)雜地質(zhì)條件下隧道施工過程安全管理研究

屈長發(fā)

摘要：為拓展地下空間、發(fā)展公路、鐵路里程，隧道穿越與相應(yīng)輔助技術(shù)運(yùn)用率相對較高。而確保相應(yīng)隧道的安全性與耐久性是工程順利進(jìn)行的關(guān)鍵。本文基于筆者多年工作經(jīng)驗(yàn)。以公路和鐵路項(xiàng)目施工中的隧道建設(shè)為研究對象，綜合探討復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境下隧道施工過程中的安全技術(shù)。為同行提供建設(shè)性意見。

關(guān)鍵詞：地質(zhì)；隧道；施工；安全管理

1引言

隨著社會(huì)的進(jìn)步與時(shí)代的發(fā)展，交通建設(shè)領(lǐng)域?qū)λ淼朗┕さ臉I(yè)務(wù)量及性能優(yōu)越性都提出了新的要求。為拓展地下空間、發(fā)展公路、鐵路里程，隧道穿越與相應(yīng)輔助技術(shù)運(yùn)用率相對較高。而確保相應(yīng)隧道的安全性與耐久性是工程順利進(jìn)行的關(guān)鍵。當(dāng)前相應(yīng)質(zhì)量控制措施已經(jīng)能確保隧道正常使用30-60年，后續(xù)定期的維護(hù)更是能提高交通工程的耐久性，為國家交通線路的長治久安提供保障。本文基于筆者多年工作經(jīng)驗(yàn)，以公路和鐵路項(xiàng)目施工中的隧道建設(shè)為研究對象，綜合探討復(fù)雜地質(zhì)隧道施工過程中的安全技術(shù)問題。

2復(fù)雜地質(zhì)條件下隧道施工質(zhì)量控制與管控

（一）超前支護(hù)。隧道的掘進(jìn)需要克服巖石重力和斷裂帶誘發(fā)的多重破壞作用力導(dǎo)致的塌陷。其中支護(hù)手段的合理運(yùn)用能在構(gòu)造地質(zhì)復(fù)雜的基礎(chǔ)上對隧道圍巖進(jìn)行加固，保證隧道線路的長治久安。以此為例，超前支護(hù)就是以錨桿、護(hù)網(wǎng)、注漿導(dǎo)管、管棚等、噴射混凝土等為媒介在配合應(yīng)力測算進(jìn)行不同間隔的波動(dòng)性導(dǎo)入而規(guī)避有害應(yīng)力的隧道加固手段。其中在質(zhì)量控制方面，往往存在對圍巖裂隙勘探不嚴(yán)密，由于圍巖物理性質(zhì)變化較大而導(dǎo)致的地質(zhì)應(yīng)力模擬分析不全面等問題，最終造成錨桿定位錯(cuò)誤，以至于發(fā)生圍巖塌陷或者空錨現(xiàn)象的發(fā)生。所以在質(zhì)量控制上相關(guān)技術(shù)人員必須先期進(jìn)行原始數(shù)據(jù)的采集，在巖石物性、斷裂面位置、巖層傾角、節(jié)理、產(chǎn)狀等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)上下足功夫，全面確保后續(xù)施工設(shè)計(jì)的嚴(yán)謹(jǐn)可靠。

（二）初期支護(hù)。除了超前支護(hù)外，在對待常規(guī)巖層加固處理工作中需要考慮工程建設(shè)成本和技術(shù)合理性的均衡。所以初期支護(hù)往往貫徹與隧道施工的全過程，通過初期支護(hù)，可以在有限資金運(yùn)用前提下通過“桿、頂、錨、網(wǎng)”加固的方式進(jìn)行巖性傾入，再通過混凝土襯砌加固，全面提升隧道穩(wěn)定性。根據(jù)筆者多年工作經(jīng)驗(yàn)，例如，在使用三種或三種以上的圍巖支護(hù)措施中，必須充分結(jié)合客觀情況來完成，而不是簡單地按照主觀思想來實(shí)施。當(dāng)隧道圍巖整體性較好時(shí)，或圍巖強(qiáng)度指標(biāo)較高時(shí)，開挖后噴10cm厚混凝土，這樣做的目的是為了給初期支護(hù)的核心結(jié)構(gòu)提供更好的支撐，從而實(shí)現(xiàn)初始支護(hù)的質(zhì)量改進(jìn)。另一方面，在圍巖情況不好時(shí)，初期支護(hù)工作中，必須特別注意安全，首先要對不穩(wěn)定的破碎圍巖進(jìn)行清除、排除巖石剝落對施工人員和設(shè)備造成的安全傷害，再噴10㎝厚混凝土進(jìn)行封面，避免巖體接觸空氣后發(fā)生二次風(fēng)化。隨后再根據(jù)支護(hù)要求開展錨桿、鋼支撐、噴射混凝土等初支施工。通常情況下，初期支護(hù)完成后立即布設(shè)監(jiān)控量測點(diǎn)，對拱頂下沉、周邊收斂位移量、地表沉降以及支護(hù)變化情況進(jìn)行數(shù)據(jù)采集分析，掌握其變化趨勢以指導(dǎo)后續(xù)施工。而在圍巖地址情況較復(fù)雜時(shí)，不僅要采取上述監(jiān)控措施，還需要通過預(yù)埋高精度數(shù)據(jù)采集裝置，對圍巖內(nèi)部位移、錨桿軸力、圍巖與噴射混凝土間的接觸壓力、噴射混凝土內(nèi)應(yīng)力、鋼支撐內(nèi)應(yīng)力、襯砌表面應(yīng)力等檢測項(xiàng)目進(jìn)行系統(tǒng)性的分析研究，得出結(jié)論以指導(dǎo)后續(xù)隧道施工。

（三）二次襯砌。當(dāng)前，國內(nèi)隧道多采取復(fù)合式襯砌類型，為確保隧道運(yùn)營的安全可靠，隧道施工除了初期支護(hù)外，還應(yīng)做好二次襯砌，這是一項(xiàng)對隧道襯砌進(jìn)行二次加強(qiáng)的措施。二次襯砌及仰拱澆注的時(shí)間和質(zhì)量直接關(guān)系到襯砌結(jié)構(gòu)的安全，過早施做會(huì)使二次襯砌承受較大的圍巖壓力，拖后施做不利于初支的穩(wěn)定。因此在施工過程中要根據(jù)監(jiān)控量測數(shù)據(jù)掌握圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律，合理調(diào)整襯砌參數(shù)，確定合理的二次襯砌施做時(shí)間對隧道襯砌結(jié)構(gòu)安全尤為重要。施工中應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：（1）監(jiān)控量測位移變化率明顯降低，圍巖對初期支護(hù)的壓力較大，巖石基本穩(wěn)定。（2）巖體整體位移已達(dá)到預(yù)計(jì)總位移的80-90%。（3）隧道周邊收斂變化率小于0.1-0.2 mm/d，隧道拱頂沉降變化率小于0.07-O.15毫米/ d。（4）穩(wěn)定性較差的圍巖長期不能滿足上述要求，噴漿后出現(xiàn)大量裂縫，為了改善圍巖的變形條件，應(yīng)調(diào)整襯砌參數(shù)，盡早采用二次襯砌。

3復(fù)雜地質(zhì)隧道施工全過程安全技術(shù)措施

隧道施工過程中常會(huì)遇到坍塌、巖爆、涌水、涌泥等多種復(fù)雜地質(zhì)情況。而單純的打探孔不能有效對特殊情況進(jìn)行及時(shí)發(fā)現(xiàn)，所以先期的地質(zhì)勘查與應(yīng)急措施的制定是保障正常掘進(jìn)的有效輔助手段。通常在地址勘探過程中若設(shè)備潤滑不良、易損件過熱燒毀或者鉆探速度控制不當(dāng)?shù)榷紩?huì)對勘探結(jié)果造成偏差，不能準(zhǔn)確反映特殊地質(zhì)構(gòu)造情況。所以在開挖之前必須進(jìn)行實(shí)地的取芯化驗(yàn)。在明確區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造與位置等高差異前提下進(jìn)行系統(tǒng)性的地質(zhì)勘探風(fēng)險(xiǎn)預(yù)報(bào)，全面評估安全風(fēng)險(xiǎn)、制定有效的安全預(yù)防措施和專項(xiàng)施工方案，保障緊急事故發(fā)生時(shí)的有備無患。其次人員的安全意識、施工安全管理措施與應(yīng)急救援保障也是安全技術(shù)措施實(shí)施過程中所必須具備的。例如：富含有毒有害氣體的隧道通風(fēng)、富水隧道地下水的處理、隧道內(nèi)安全用電、隧道內(nèi)臨時(shí)排水設(shè)施、隧道應(yīng)急救援設(shè)備、隧道應(yīng)急救援物質(zhì)的準(zhǔn)備等問題，都是細(xì)節(jié)工作思路所決定的，需要相應(yīng)管理人員進(jìn)行科學(xué)考慮。在地勘領(lǐng)域，輔助手段當(dāng)前最為流行的預(yù)報(bào)方法有超前探孔法、超聲波探測法、地震波法等，不同方法針對不同的服務(wù)領(lǐng)域，但如果是遭遇到了極為特殊的地質(zhì)情況，則需要將眾多的方法聯(lián)合應(yīng)用，才能確保預(yù)報(bào)精確性。

3.1基于風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)的分區(qū)治理

風(fēng)險(xiǎn)一直伴隨著隧道工程施工的全過程，所以在巖溶隧道施工過程中，一定要首先評估突水災(zāi)害對于人員傷亡和設(shè)備損壞的損失，做到應(yīng)急有先后，分區(qū)能治理。一般，隧道涌水現(xiàn)象會(huì)對工期產(chǎn)生負(fù)面影響，不利于隧道工程的及時(shí)交付。因此，施工隊(duì)伍應(yīng)在綜合考慮隧道周圍地質(zhì)條件和突水災(zāi)害影響因素的基礎(chǔ)上，合理劃分巖溶隧道斷面，并根據(jù)不同斷面隧道的不同，有針對性地實(shí)施突水控制措施。例如：對于斷層破裂帶，由于其淺層地下水位和涌水量較小，治水主要采用引導(dǎo)排水的方式；而對于深層斷層破裂帶，主要采用全剖面加強(qiáng)帷幕灌漿方法治水，以防涌水量過大造成人員和財(cái)產(chǎn)安全風(fēng)險(xiǎn)。

3.2采取合理排堵結(jié)合方式

近幾年，國內(nèi)巖溶隧道施工中的突水災(zāi)害在隧道災(zāi)害案例中占據(jù)很大比例，極大的危及到隧道施工人員、設(shè)備和工程本身的安全。然而，由于巖溶作用機(jī)理復(fù)雜，防控難度較大，巖溶隧道施工過程中涌水災(zāi)害造成的人員傷亡仍然較多。因此，施工單位應(yīng)實(shí)現(xiàn)“排水”與“堵漏”的有機(jī)結(jié)合，做到“排堵結(jié)合、綜合治理”，實(shí)現(xiàn)突水災(zāi)害的有效防控。針對“排水”和“堵漏”問題，有關(guān)專家學(xué)者提出了不同的看法，一些學(xué)者認(rèn)為，雖然排水成本低，運(yùn)行過程相對簡單，但不能有效預(yù)防突水現(xiàn)象，一旦遇到暴雨等氣象現(xiàn)象，在特殊條件下，容易引起隧道突水現(xiàn)象頻繁發(fā)生。同時(shí)，如果不采取相應(yīng)的控制和治理措施進(jìn)行排水，則地表塌陷的發(fā)生概率會(huì)加大，不利于保證生態(tài)環(huán)境的穩(wěn)定。然而，簡單的堵水方式很容易增加巖溶隧道的施工成本。因此，施工單位應(yīng)采取排水與截水相結(jié)合的方法，減少突水量，保證隧道工程施工安全。

3.3基于預(yù)報(bào)地質(zhì)的科學(xué)繞避法

隧道施工過程中，除了涉及到地形復(fù)雜程度外，工程地質(zhì)和水文地質(zhì)對隧道施工的影響較大，在工程勘察階段，從資料收集、分析和研究階段，投入大量的人力、物力和資源，來做這項(xiàng)工作。在完成上述工作后，對巖溶水質(zhì)狀況進(jìn)行調(diào)查，并開展相應(yīng)的地質(zhì)測繪工作，了解隧道中的關(guān)鍵巖性結(jié)構(gòu)和地質(zhì)問題，盡可能提前了解地質(zhì)災(zāi)害可能引發(fā)因素和位置。因此，在深入了解區(qū)域地質(zhì)調(diào)查的基礎(chǔ)上，再在巖溶突水洞中進(jìn)一步了解河流等水文地質(zhì)條件，如多樣性、巖石發(fā)育特征的復(fù)雜性等，可以為巖溶發(fā)育區(qū)提供準(zhǔn)確、有效、快速、經(jīng)濟(jì)的地質(zhì)災(zāi)害預(yù)報(bào)，指導(dǎo)設(shè)計(jì)單位優(yōu)化隧道線路選線，有效繞避不良地質(zhì)區(qū)域。這屬于比較先進(jìn)的隧道不良地質(zhì)災(zāi)害預(yù)處理技術(shù)。目前，該技術(shù)已在多個(gè)實(shí)際工程中應(yīng)用，取得了良好的效果。在準(zhǔn)確探測地質(zhì)條件的前提下，利用先進(jìn)的技術(shù)手段，充分挖掘地質(zhì)潛力，成功地繞開巖溶發(fā)育薄弱帶。

4結(jié)語

綜上所述，隧道施工點(diǎn)多面長。安全控制工作不是簡單的施工監(jiān)理和技術(shù)負(fù)責(zé)人能一舉承擔(dān)的。施工過程中需要在嚴(yán)格遵循相關(guān)法律、法規(guī)的基礎(chǔ)上，扎實(shí)開展超前地質(zhì)預(yù)報(bào)和隧道監(jiān)控量測工作，嚴(yán)格施做超前支護(hù)，采用科學(xué)合理的襯砌手段，嚴(yán)防隧道坍塌、涌水等事故，全面提升施工質(zhì)量，避免安全事故的發(fā)生。

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（作者單位：中交第二公路工程局有限公司）