山區(qū)高速公路特長隧道施工風(fēng)險評估及安全控制措施研究

姚偉

摘 要：本文以某中部山區(qū)高速公路特長隧道為工程實例，綜合運用風(fēng)險矩陣法、指標(biāo)體系及專家調(diào)查法對該隧道施工風(fēng)險進(jìn)行分析，在此基礎(chǔ)上制定針對特長公路隧道施工的風(fēng)險控制措施，為該項目安全施工提供科學(xué)指導(dǎo)，同時期望為類似隧道工程的施工安全風(fēng)險控制提供參考。

關(guān)鍵詞：山區(qū)高速；特長隧道；施工；風(fēng)險評估；安全控制

中圖分類號：U455.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）05-0122-02

0 引言

近年來隨著高速公路建設(shè)的迅速發(fā)展，作為高速公路主體工程之一的隧道工程建設(shè)規(guī)模逐漸增大。同時，隧道施工安全問題日益突出，尤其是山區(qū)高速公路特長隧道，曾經(jīng)發(fā)生多起隧道坍塌、涌水突泥、洞口失穩(wěn)等事故。在特長隧道工程中，存在多種因素影響其施工安全，本文依據(jù)交通部2011年頒布實施的《公路橋梁和隧道工程施工安全風(fēng)險評估指南（試行）》（以下簡稱《指南》）相關(guān)要求，結(jié)合施工圖設(shè)計文件、施工組織文件等，綜合運用風(fēng)險矩陣法、指標(biāo)體系及專家調(diào)查法，以某中部山區(qū)高速公路特長隧道施工為實例，進(jìn)行風(fēng)險的全面分析。

1 工程概況

1.1 工程地質(zhì)條件

某特長高速公路隧道位于中部山區(qū)，地屬伏牛山系，橫跨黃河長江分水嶺。海拔高程在850～1500m，山勢陡峭，河谷縱橫，進(jìn)口交通條件較差，出口交通條件較好。隧道左線起訖樁號ZK82+408～ZK91+569，全長9161m，右線起訖樁號K82+363～K91+546，全長9183m。隧道共設(shè)置車行橫通道11處，洞內(nèi)變電所2處，人行橫通道23處。分別設(shè)置通風(fēng)、送風(fēng)、排風(fēng)斜井各1，施工時做為施工輔助通道使用，后期用于運營通風(fēng)。

隧道區(qū)屬于中高山陡坡地貌，地勢起伏較大，隧道小里程端低，大里程高，坡面植被茂盛。地面標(biāo)高介于806～1670m，相對高差約864m。隧道進(jìn)口段地形均較緩，坡角約30°，出口段地形也較緩，坡角約25～30°。左線最大埋深751.68米，右線最大埋深769.76米。根據(jù)地質(zhì)鉆探揭露、工程地質(zhì)調(diào)繪和土工試驗，隧道區(qū)分布的地層為第四系全新統(tǒng)沖洪積物（Q4al+pl），下元古界寬坪組（Pt1k1）石英片巖，以及中生代燕山期（γ53）花崗巖。根據(jù)隧道進(jìn)出口露頭測量統(tǒng)計，隧址區(qū)隧道圍巖發(fā)育有三組節(jié)理：（1）組產(chǎn)狀50°∠60°，1～3條/m；（2）組產(chǎn)狀225°∠74°，7～8條/m；（3）組產(chǎn)狀125°∠38°，5-10條/m；節(jié)理呈張開～閉合狀，地形陡峭處，由于卸荷作用，節(jié)理呈張開狀。

隧址區(qū)地下水主要為基巖裂隙水。主要賦存于全風(fēng)化～強(qiáng)風(fēng)化基巖節(jié)理裂隙內(nèi)的地下水，富水量大小分布很不均勻，主要受大氣降水、巖層節(jié)理裂隙發(fā)育程度和地形地貌等諸多因素影響，總體富水性較弱。大氣降水為地下水的主要補(bǔ)給來源，風(fēng)化及節(jié)理裂隙、張開～微張，為地下水滲入徑流提供了通道，以大氣蒸發(fā)泉水或側(cè)向滲流形式向河谷排泄，勘察期間孔內(nèi)未見地下水分布。

1.2 隧道設(shè)計參數(shù)

隧道內(nèi)輪廓采用拱部為單心半圓，側(cè)墻為大半徑圓弧的單曲墻式襯砌方案。路面雙側(cè)路緣設(shè)置排水邊溝。隧道中線下設(shè)置中心排水溝。橫斷面行車方向左、右側(cè)檢修道溝槽下設(shè)置強(qiáng)弱電纜槽。洞身開挖后設(shè)置錨桿、拱架及鋼筋網(wǎng)，C25噴射混凝土，施工過程中對圍巖進(jìn)行監(jiān)控量測，在初期支護(hù)穩(wěn)定后，施工C30模筑混凝土二村。支護(hù)參數(shù)如表1所示。

1.3 隧道施工方法

該隧道進(jìn)口段緊鄰某景區(qū)公路，為避免爆破振動影響，開挖時采用機(jī)械開挖，同時加強(qiáng)防護(hù)支擋，防止落石危及安全；隧道出口段屬于淺埋偏壓段，且是小凈距隧道，地質(zhì)屬沖洪積層，穩(wěn)定性差，施工時應(yīng)遵循“少擾動、快加固、勤量測、早封閉”的原則，采用短臺階預(yù)留核心土法進(jìn)行開挖，保證初期支護(hù)及時落底封閉，進(jìn)而確保初期支護(hù)的承載能力。洞口段二襯應(yīng)及時跟進(jìn)，二次襯砌模板臺車拼裝完畢后方可進(jìn)行暗洞開挖施工。對于隧道洞口段及V級圍巖段，首先進(jìn)行超前注漿加固，開挖采用環(huán)形開挖留核心土法或CD法；隧道Ⅳ級圍巖段落采用臺階法進(jìn)行開挖；隧道Ⅳ級以下圍巖段落采用全斷面開挖施工，一般不采用超前支護(hù)措施。隧道二襯應(yīng)及時跟進(jìn)施工，圍巖為Ⅴ級的隧道段落二襯與掌子面距離不宜大于80m，圍巖為Ⅳ級段落距離不宜大于100m，圍巖為Ⅲ級的段落距離不宜大于150m。

2 風(fēng)險分析及安全控制措施

2.1 風(fēng)險分析

依據(jù)指南要求，采用定性與定量相結(jié)合的方法對隧道工程施工安全重大風(fēng)險源進(jìn)行風(fēng)險估測[1]。分別采用專家調(diào)查法和指標(biāo)體系法，對事故嚴(yán)重程度和事故可能性進(jìn)行估測。依據(jù)專項風(fēng)險評估的結(jié)果，隧道洞口段發(fā)生失穩(wěn)、洞身段發(fā)生坍塌、涌水突泥的風(fēng)險較大，經(jīng)專家調(diào)查決定將隧道洞口失穩(wěn)、隧道塌方、涌水突泥作為重大危險源，進(jìn)行施工安全風(fēng)險評估[2]。

采用風(fēng)險矩陣法對重大風(fēng)險源動態(tài)估測。根據(jù)《指南》的要求，結(jié)合風(fēng)險矩陣法，建立如表2所示的專項風(fēng)險等級評價標(biāo)準(zhǔn)。按照四個等級對專項風(fēng)險進(jìn)行等級劃分，其中，低度（Ⅰ級）為一般危險，施工需要注意；中度（Ⅱ級）為有顯著風(fēng)險，施工需加強(qiáng)管理并不斷改進(jìn)；高度（Ⅲ級）為高度風(fēng)險，需制定風(fēng)險消減措施；極高（Ⅳ級）為極高風(fēng)險，不可忍受風(fēng)險，需納入目標(biāo)管理或制定管理方案。

洞口失穩(wěn)事故的可能性，可從圍巖級別、施工方法及洞口偏壓指標(biāo)進(jìn)行估算。該隧道洞口失穩(wěn)事故可能性分值P=γ（A+B+C）=0.9×（4+1+1）=5.4，事故可能性為3級。根據(jù)隧道實際情況，基于隧道圍巖級別、斷層破碎情況及地質(zhì)符合性，隧道開挖時滲水情況，隧道開挖施工方法及施工步距等相關(guān)指標(biāo)，建立隧道施工區(qū)段的開挖坍塌事故可能性評估體系。該特長隧道施工段落發(fā)生坍塌事故的可能性分值為P=γ·（C+B+D+E+F）=0.9×（1.2×3+2.5+1+1+2）=9.09，事故發(fā)生的可能性為3級?；谒淼朗┕^(qū)段的巖溶發(fā)育程度、斷層破碎帶、外水壓力水頭等相關(guān)指標(biāo)，建立隧道涌水突泥事故可能性評估體系。該特長隧道施工段落發(fā)生涌水突泥事故的可能性分值為P=γ·B（A+C）=0.9×1×（1+2）=2.7，事故發(fā)生的可能性為2級。

如果該特長隧道發(fā)生洞口失穩(wěn)、坍塌及涌水突泥等情況，將會造成正在進(jìn)行相關(guān)施工作業(yè)的3至10名施工人員死亡，事故后果較為嚴(yán)重，等級為2級?；陲L(fēng)險矩陣法進(jìn)行風(fēng)險評估，具體結(jié)果如表3所示。該特長隧道發(fā)生洞口失穩(wěn)和坍塌事故的風(fēng)險等級為高度（Ⅲ級），需制定風(fēng)險消減措施。該特長隧道發(fā)生涌水突泥事故的風(fēng)險等級為中度（Ⅱ級），施工過程中需加強(qiáng)管理不斷改進(jìn)。

2.2 安全控制措施

針對該山區(qū)特長公路隧道施工風(fēng)險因素重要性等級，采取幾點風(fēng)險控制措施[3]。（1）加強(qiáng)監(jiān)控量測，控制開挖量，減少圍巖擾動，同時加強(qiáng)超前支護(hù)和做好排水，保證洞口的穩(wěn)定性。該特長隧道洞口段進(jìn)行施工時，對圍巖進(jìn)行小導(dǎo)管注漿及大管棚超前支護(hù)，施工過程應(yīng)“先加固、后開挖”；開挖采用CD法施工時，控制開挖尺寸及爆破裝藥量，同時，嚴(yán)格控制洞口段的每個循環(huán)的開挖進(jìn)尺；在施工過程中，嚴(yán)格按照要求進(jìn)行動態(tài)監(jiān)控量測，對該隧道進(jìn)口段的地表沉降、周邊收斂及拱頂下沉進(jìn)行監(jiān)測，分析隧道圍巖穩(wěn)定性，并依據(jù)情況及時調(diào)整支護(hù)參數(shù)。（2）施工前加強(qiáng)對突水的預(yù)測，同時采用相應(yīng)的防水、排水措施。結(jié)合該特長隧道情況，對施工中可能出現(xiàn)大型涌水突泥事件的相關(guān)段落，在其施工時，首先根據(jù)相關(guān)地質(zhì)資料，按照地質(zhì)超前預(yù)報方案對該隧道進(jìn)行全過程詳細(xì)的超前地質(zhì)預(yù)報，其次，對掌子面前方10m范圍內(nèi)圍巖進(jìn)行鉆孔排查，進(jìn)一步查明隧道洞室周邊可能存在的溶腔涌水突泥情況，同時消除隱患保證隧道安全施工。另外，該特長隧道出口段為小凈距淺埋偏壓段，為保證掌子面的施工安全，采用超前小導(dǎo)管預(yù)注漿進(jìn)行封堵，并加固地層減少地表水影響。（3）加強(qiáng)安全教育和應(yīng)急管理。對施工人員進(jìn)行隧道防坍塌培訓(xùn)，使其掌握預(yù)防事故發(fā)生的措施、安全注意事項、坍塌來臨時的預(yù)兆及發(fā)生險情時的應(yīng)急措施。

3 結(jié)語

以某中部山區(qū)高速公路特長隧道為工程實例，綜合運用風(fēng)險矩陣法、指標(biāo)體系及專家調(diào)查法對該隧道施工風(fēng)險進(jìn)行分析，該隧道洞口失穩(wěn)事故和隧道坍塌事故為高度（Ⅲ級）風(fēng)險，需制定風(fēng)險消減措施。涌水突泥事故為中度（Ⅱ級）風(fēng)險，需加強(qiáng)管理不斷改進(jìn)。在此基礎(chǔ)上制定針對特長公路隧道施工的風(fēng)險控制措施，該隧道開挖現(xiàn)場實際驗證以上風(fēng)控措施有效可行。

參考文獻(xiàn)

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