隧道施工風(fēng)險與控制對策研究

蘭元豪

【摘 要】隧道及地下工程的施工具有隱蔽性和復(fù)雜性的特點，施工區(qū)域內(nèi)地層結(jié)構(gòu)條件和附近的自然環(huán)境具有諸多不確定性，使得隧道工程的施工技術(shù)難度大、安全風(fēng)險高。文章基于隧道施工中常見的風(fēng)險因素提出了有效的控制措施，創(chuàng)造性地將隧道施工中巖體結(jié)構(gòu)性風(fēng)險與其他風(fēng)險進(jìn)行明確區(qū)分，有利于施工中對各類危險情況做出清晰、準(zhǔn)確的判斷，進(jìn)而減少事故發(fā)生。

【關(guān)鍵詞】隧道施工;風(fēng)險;控制

【中圖分類號】U455.4 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】1674-0688（2022）04-0100-03

0 引言

目前，各施工企業(yè)尚未形成對隧道工程施工風(fēng)險的統(tǒng)一認(rèn)識，國內(nèi)也尚未出臺針對隧道工程施工的安全風(fēng)險控制標(biāo)準(zhǔn)，多數(shù)施工企業(yè)對施工的風(fēng)險和危險沒有明確的概念，僅能以實際的隧道工程為分析背景，在施工前通過仔細(xì)勘測隧道周圍的巖體成分、水文情況及其他工程指標(biāo)，制定相應(yīng)的施工風(fēng)險控制對策，并在實際的隧道施工中根據(jù)施工現(xiàn)場的具體情況和突發(fā)狀況做出相應(yīng)調(diào)整。因此，深入研究隧道施工的風(fēng)險因素與控制對策顯得尤為必要。本文以進(jìn)一步提高各施工企業(yè)對風(fēng)險的管控意識為出發(fā)點，全面闡述了隧道工程施工中可能存在的各類安全風(fēng)險因素，針對這些風(fēng)險因素提出了行之有效的控制策略[1]。

1 隧道巖體結(jié)構(gòu)性風(fēng)險因素及控制對策

1.1 風(fēng)險因素

洞口滑塌失穩(wěn)：在施工時如果隧道的明洞或洞口變仰坡，則很容易發(fā)生滑塌失穩(wěn)，這種情況對洞內(nèi)及洞口的施工會帶來嚴(yán)重的威脅。

洞身淺埋偏壓段坍塌：洞身淺埋偏壓段非常容易發(fā)生坍塌冒頂，這種情況將帶來地表沉降或演變?yōu)檠銎禄?/p>

斷層坍塌：斷層和淺埋段由于巖體結(jié)構(gòu)失穩(wěn)而發(fā)生的坍塌。

圍巖坍塌：圍巖節(jié)理裂隙將引起局部掉塊或坍塌，對洞內(nèi)的施工帶來威脅。

掌子面或拱墻坍塌：洞身如果通過斷層破碎帶，將有可能引起掌子面或拱墻坍塌，情況嚴(yán)重時還會造成隧道大型塌方等連鎖反應(yīng)。

突水涌泥：隧道洞身經(jīng)過斷層破碎帶存在突水涌泥的風(fēng)險，對洞內(nèi)的施工人員構(gòu)成威脅。

巖爆：巖爆在施工過程中經(jīng)常發(fā)生，有的是巖體自身脆弱性造成的，有的是施工所致，危及人員和設(shè)備的安全。

1.2 控制對策

1.2.1 洞口滑塌失穩(wěn)

應(yīng)將洞口的工程和其他相鄰的工程進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃、安排，力爭做到盡早完成施工，且施工期應(yīng)避開雨季或冬季。在洞口進(jìn)行施工之前，應(yīng)首先查看仰坡的坡度及穩(wěn)定性情況，及時清除懸石、危石，并且進(jìn)行不間斷的狀態(tài)監(jiān)測，充分依據(jù)施工現(xiàn)場的地形，對洞口仰坡及時做好防護措施，以保證洞口坡面的穩(wěn)定。洞口仰坡附近的排水系統(tǒng)應(yīng)在仰坡施工前完成開挖，且應(yīng)避免雨季施工，盡量減少施工對山體的破壞，保護好自然環(huán)境，防止水土流失。在進(jìn)行洞口土石方施工時，應(yīng)注意開挖順序，即自上而下開挖并逐層做好防護措施。當(dāng)施工區(qū)域內(nèi)遇不良地質(zhì)情況時，則應(yīng)做好穩(wěn)定邊坡及仰坡的安全措施。禁止使用洞室爆破開挖的方法開挖洞口土石方，可使用淺孔小臺階法進(jìn)行爆破。仰坡的開挖方法通常使用預(yù)留光爆層法或預(yù)裂爆破法。當(dāng)洞口施工段開挖至隧道底部標(biāo)高時，應(yīng)及時進(jìn)行中心水溝、出水口和排水側(cè)溝的施工[2]。

1.2.2 洞身淺埋偏壓段坍塌

根據(jù)隧道施工現(xiàn)場的具體情況，需搭建全面、完善的施工監(jiān)測系統(tǒng)，對隧道拱頂下沉量、周邊位移量和地表的沉降量進(jìn)行監(jiān)測，及時掌握圍巖的變化情況。當(dāng)監(jiān)測裝置發(fā)生報警時，說明有施工異常情況發(fā)生，應(yīng)果斷使用超前小導(dǎo)管進(jìn)行支護，同時對圍巖進(jìn)行注漿等加固處置，必要時可通過地表注漿的方式進(jìn)行處置。依據(jù)圍巖的具體情況和監(jiān)測數(shù)據(jù)，最終確定合適的開挖尺寸，以保證開挖和支護的質(zhì)量，進(jìn)行安全施工。仰拱落底的施工應(yīng)盡早完成，及時對結(jié)構(gòu)進(jìn)行支護以盡早封閉成環(huán)，最大限度地減少圍巖發(fā)生形變，對落底尺寸也應(yīng)嚴(yán)格控制。在進(jìn)行淺埋段施工時，V級圍巖應(yīng)使用導(dǎo)坑留核心土的開挖方式，為提高開挖效率，導(dǎo)坑宜為弧形，而IV級圍巖應(yīng)使用短臺階法的開挖方式。隧道開挖后需及時架設(shè)鋼架，隨后可進(jìn)行錨桿和噴混凝土的支護，在此過程中應(yīng)嚴(yán)格遵循“導(dǎo)超前、勤測量、快封閉和強支護”的施工原則。

1.2.3 斷層坍塌

隧道施工過程中如遇塌方則應(yīng)分情況進(jìn)行處理，如果是小范圍塌方，可“先支后清”;如果是大范圍塌方，應(yīng)“先棚后穿”;如果同時發(fā)生塌方和滲水情況，則應(yīng)先進(jìn)行堵漏后再處理塌方。另外，大范圍塌方還應(yīng)遵循“穩(wěn)塌體、小進(jìn)尺、強支護、速反饋”的施工原則，并且減少施工擾動。在進(jìn)行塌方救援時，營救人員應(yīng)首先確定具體的塌方位置和被困人員的具體地點，之后進(jìn)行清砟救人，為避免人員的二次傷害，應(yīng)確保救援現(xiàn)場的安全。如果開挖掌子面后部發(fā)生局部塌方，則應(yīng)先使用木跺對開裂初支進(jìn)行及時支護，同時使用進(jìn)水管或?qū)Ｓ脡猴L(fēng)管對塌方體前端封閉空間壓風(fēng)，使被困施工人員獲得充足的氧氣，在塌方體邊側(cè)開挖一個小型通道供救援使用，同時使用邊墻或木撐進(jìn)行臨時支護[3]。

1.2.4 圍巖坍塌

節(jié)理密集施工帶的風(fēng)險控制對策應(yīng)依據(jù)施工現(xiàn)場的實際情況而定，可使用手噴混凝土方式向塌方處噴射混凝土，及時完成圍巖的封堵工作以減少巖石在外界暴露的時間，架設(shè)鋼拱架防止現(xiàn)場繼續(xù)塌方、掉塊，如有必要可進(jìn)行圍巖的超前支護。

1.2.5 掌子面或拱墻坍塌

根據(jù)施工現(xiàn)場的具體情況建立相應(yīng)的、完善的監(jiān)測系統(tǒng)，對拱頂下沉、位移和地表沉降情況進(jìn)行監(jiān)測，以及時了解圍巖的真實變化情況。施工單位根據(jù)工程原始設(shè)計資料和技術(shù)規(guī)范，劃定前方可能存在的風(fēng)險點，并對這些風(fēng)險點進(jìn)行超前探測、預(yù)報，避免各類施工事故發(fā)生。超前探測可使用地質(zhì)鉆機進(jìn)行鉆孔探測，當(dāng)探測出異常時應(yīng)及時使用超前小導(dǎo)管進(jìn)行支護，同時對圍巖進(jìn)行注漿處置。

1.2.6 突水涌泥

軟弱破碎圍巖通常含水量較高，這種圍巖隧道在開挖時應(yīng)特別注意施工工藝，應(yīng)使用超前地質(zhì)預(yù)測法，充分了解開挖的工作面包括前方的地質(zhì)構(gòu)造，掌握地下水情況，及時采取有效的防護措施。施工過程中應(yīng)使用注漿堵水的方式，與超前鉆孔排水法相結(jié)合，通過正臺階預(yù)留核心土的方式開挖（環(huán)形開挖），掘進(jìn)循環(huán)進(jìn)尺為0.5～1.0 m。富水情況下進(jìn)行軟弱破碎圍巖隧道支護時，應(yīng)使用超前小導(dǎo)管進(jìn)行注漿，輔以管棚、鋼筋架及混凝土等支護方式，以此形成較強的支護架構(gòu)。

由支護的位移量測算結(jié)果，對支護效果進(jìn)行評估，包括圍巖的穩(wěn)定性、可靠性等，并及時修改支護方式或參數(shù)以保證施工安全。這種類型的圍巖隧道應(yīng)具有特定的排水措施，襯砌混凝土應(yīng)滿足防水要求，且施工縫和變形縫防水處理方法也應(yīng)滿足施工質(zhì)量要求。在鋪設(shè)防水層前應(yīng)平整噴射混凝土的基面，清除表面的浮渣，防水層應(yīng)保持平順，與噴射混凝土基面緊密貼合，可使用常規(guī)法、充氣法和真空法檢查接縫的密實性。在鋪設(shè)防水層前應(yīng)確保注漿效果起到止水的目的，防水層鋪設(shè)完成后禁止在附近注漿。在安裝排水盲管前應(yīng)平整巖面，設(shè)置好排水管及排水溝后再進(jìn)行襯砌施工。為使排水順暢，應(yīng)將基底徹底清理。復(fù)合式襯砌施工應(yīng)由監(jiān)測數(shù)據(jù)確定具體施作時間，其中仰拱應(yīng)盡早施作以盡快形成封閉式結(jié)構(gòu)。

1.2.7 巖爆

應(yīng)當(dāng)遵循以防為主、防治結(jié)合的安全措施，避免或減少隧道施工巖爆情況的發(fā)生。施工前應(yīng)充分勘測開挖面前方圍巖特性，對周邊水文特征、地質(zhì)構(gòu)造科學(xué)預(yù)測、判斷，若發(fā)現(xiàn)存在強巖爆的可能性，應(yīng)及時制定具體應(yīng)對措施，保證隧道安全施工。巖爆多發(fā)的隧道進(jìn)行施工時地質(zhì)預(yù)報的準(zhǔn)確性和及時性是重點關(guān)注內(nèi)容。地質(zhì)預(yù)報應(yīng)以超前探孔為主，并輔助地震波、電磁波和鉆速檢測等方式，在開挖附近地質(zhì)結(jié)構(gòu)的預(yù)報中，可根據(jù)地質(zhì)勘測報告中的具體數(shù)據(jù)分析巖體的動態(tài)和靜態(tài)特性，如從巖體內(nèi)部發(fā)出的各種聲響及局部巖體是否有脫落等現(xiàn)象。也可通過工程地質(zhì)類比的方法在宏觀上作出地質(zhì)預(yù)報。

根據(jù)巖爆的強度大小對危險程度進(jìn)行評估和分級，應(yīng)針對巖爆不同的危險等級采取相應(yīng)的技術(shù)措施。在微弱巖爆施工段，可在開挖面上灑水以軟化表層，使巖體內(nèi)部的應(yīng)力得以有效釋放。在中等巖爆施工段，可在隧道開挖面的輪廓線以外15 m范圍開鑿注水孔，注水孔位置宜在側(cè)壁或拱部，施作完成后向孔內(nèi)灌注高壓水以進(jìn)一步軟化圍巖，使巖體內(nèi)部的應(yīng)力得以深度釋放。對于雙線隧道工程的施工而言，可預(yù)先掘進(jìn)貫通一個小型導(dǎo)洞，其斷面面積為15～30 m2，目的是使巖體中的高位應(yīng)力得以釋放，隨后可進(jìn)行隧道的正式開挖。易發(fā)生巖爆的隧道施工段應(yīng)注意循環(huán)進(jìn)尺的控制，宜使用光面爆破法，使隧道的周邊表面圓順，以降低巖爆強度。使用噴射機械手進(jìn)行鋼纖維混凝土網(wǎng)噴施工，巖爆強度較大的開挖面可使用超前錨桿以鎖定開挖面前方的圍巖。

隧道拱部和側(cè)壁應(yīng)布設(shè)防止巖爆的短錨桿，錨桿的長度為2 m左右，錨桿的間距為1 m左右，與鋼纖維噴射混凝土同時使用效果更佳，以實現(xiàn)噴錨加固的作用。當(dāng)隧道施工時發(fā)生巖爆應(yīng)立即采取有效處置措施，首先應(yīng)停止相關(guān)施工設(shè)備掘進(jìn)或運轉(zhuǎn)，并仔細(xì)觀察工作面具體情況，如發(fā)生巖爆的具體位置、數(shù)量、強度和類型等。在工作面、側(cè)壁及拱部，每完成一次循環(huán)施工后應(yīng)進(jìn)行3次找頂，使用具有一定受力能力的錨桿，噴射鋼纖維混凝土的厚度為6～8 cm。當(dāng)使用臺車進(jìn)行鉆孔且?guī)r爆強度不大時，可在臺車、裝渣設(shè)備或其他運輸車輛上布置防護鋼板，以防止巖爆所彈射出的碎塊砸傷施工人員或損壞施工設(shè)備。

2 其他風(fēng)險因素及控制對策

2.1 其他風(fēng)險因素

2.1.1 施工設(shè)計及施工工藝

施工設(shè)計部分是初始環(huán)節(jié)，對隧道施工全過程具有指導(dǎo)作用，設(shè)計部分將給出施工的總體方案、工期、施工要點、風(fēng)險因素分析和質(zhì)量控制等具體要求。設(shè)計方案如果存在問題，不僅會影響到隧道的施工質(zhì)量，對于施工過程中的風(fēng)險因素也會預(yù)判不足，當(dāng)發(fā)生隧道施工危險時采取的控制和處置措施不力，更為嚴(yán)重的施工設(shè)計問題會導(dǎo)致工程更大范圍的事故發(fā)生。施工工藝包括施工工序和施工標(biāo)準(zhǔn)等方面，施工工藝如果未達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求，將會引起很多施工問題。

2.1.2 施工人員及施工設(shè)備

施工人員風(fēng)險因素包括施工人員的技術(shù)能力、身體狀況等，如果技術(shù)能力欠缺或身體狀況不佳，都將無法勝任現(xiàn)場施工工作，給自身、周邊人員及設(shè)備帶來安全威脅。施工設(shè)備風(fēng)險因素有掘進(jìn)機損壞、備件短缺及檢修不及時或過度使用帶來的堵轉(zhuǎn)、卡轉(zhuǎn)等，還包括在錯誤的地點安裝設(shè)備等引發(fā)的各類施工事故。

2.1.3 施工管理及施工組織

施工管理及施工組織風(fēng)險因素多數(shù)屬于人為方面的問題，受工程管理者或施工指揮人員的主觀影響較大，例如施工管理沒有規(guī)范和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)牧鞒?，僅憑經(jīng)驗施工，施工組織松散、制度缺失、存在漏洞，施工安全風(fēng)險考慮不周，都將給隧道的施工帶來潛在的事故隱患。

2.1.4 氣象、水文及自然環(huán)境

施工地點的氣象環(huán)境包括雷雨、大風(fēng)及可能引發(fā)的自然災(zāi)害，如山體滑坡、泥石流等。水文主要是巖體的滲透性、富水量，以及地下水流量、流速、水壓、水位等，還包括水的沖刷力、腐蝕性和補給來源等。自然環(huán)境如施工區(qū)域附近的建筑物、管線設(shè)施、障礙物及其他廢棄物等。這些氣象、水文及自然環(huán)境都有可能給隧道施工帶來一定影響或危及人員、設(shè)備的安全。

2.2 控制對策

2.2.1 施工設(shè)計及施工工藝

在施工設(shè)計環(huán)節(jié)應(yīng)仔細(xì)根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)結(jié)構(gòu)的勘測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，充分考慮到可能存在的施工風(fēng)險因素，并提前在設(shè)計方案中標(biāo)注清晰。將設(shè)計文件中的具體措施逐條與最新的施工規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對比，查找問題疏漏項。施工前的材料及工藝試驗環(huán)節(jié)應(yīng)逐項按照流程進(jìn)行，確保施工工藝能夠滿足隧道工程的質(zhì)量要求，杜絕由施工設(shè)計或施工工藝問題而導(dǎo)致的各類事故發(fā)生，施工前各單位都應(yīng)制定詳細(xì)的安全風(fēng)險控制措施。

2.2.2 施工人員及施工設(shè)備

提高施工人員的責(zé)任意識和安全意識，特別是對隧道施工環(huán)境中危險的洞察能力和判斷能力，提高施工人員的綜合技術(shù)實力，尤其是各類施工通用設(shè)備的使用、檢修和日常維護，包括設(shè)備簡單故障的排查和處理能力。各種施工機械設(shè)備應(yīng)定期進(jìn)行質(zhì)量檢驗，保證設(shè)備處于最佳的運行狀態(tài)，施工前和施工過程中都應(yīng)隨時觀察設(shè)備的運轉(zhuǎn)情況，及時做好人員及設(shè)備的安全防護措施。

2.2.3 施工管理及施工組織

細(xì)化施工管理制度，規(guī)范施工組織流程，簡化施工中不必要的煩瑣流程，將工作重點放在施工質(zhì)量、工期進(jìn)度和安全保障等方面，強調(diào)對人員、設(shè)備、材料的協(xié)調(diào)管理，施工管理制度應(yīng)具體落實到人，避免出現(xiàn)管理制度盲區(qū)。優(yōu)化施工組織流程，確保各施工工序都能順利銜接，施工組織流程中需設(shè)有風(fēng)險排查組或安全保障組，專門從事隧道施工的安全管理和事故處置工作，并負(fù)責(zé)編寫隧道施工事故預(yù)案及處置措施。

2.2.4 氣象、水文及自然環(huán)境

詳細(xì)了解施工期各時間段的現(xiàn)場天氣情況，避免在極端天氣情況下施工，應(yīng)做好相應(yīng)的防雨、防凍等措施。對經(jīng)常發(fā)生山體滑坡或泥石流的施工段，應(yīng)提前做出高危預(yù)警，施工前再次確認(rèn)各項支護措施是否穩(wěn)妥、可靠。山區(qū)隧道施工時應(yīng)隨時留意山體碎石的滑落，對頻繁出現(xiàn)大量碎石滑落的情況應(yīng)格外重視，及時停止施工并疏散人員撤離，避免山體滑坡引發(fā)的各類施工事故，待危險情況消失再次對圍巖進(jìn)行加固，確認(rèn)安全后方可施工。

3 結(jié)束語

隧道施工過程中的風(fēng)險因素眾多，本文重點討論了這些風(fēng)險因素并進(jìn)行合理區(qū)分，可避免制定安全措施時發(fā)生死角和遺漏，使風(fēng)險的控制策略更為全面、有的放矢，對隧道施工安全意義重大。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]桂志敬，吳忠廣，嚴(yán)瓊，等.公路隧道施工安全風(fēng)險評估方法優(yōu)化研究[J].中國安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)，2018（9）：136-143.

[2]蔡猛農(nóng).山區(qū)隧道施工風(fēng)險分析及控制方案研究[J].西部交通科技，2019（3）：103-105.

[3]馬中新.公路隧道工程施工安全風(fēng)險控制方法及應(yīng)用[J].工程技術(shù)研究，2019（12）：139-140.