公路隧道項目施工塌方成因及防控探討

嚴志軍

摘要 塌方是公路隧道工程施工中的常見安全事故，文章以資料檢索和個案研究為基礎(chǔ)，從水文地質(zhì)、施工勘察、工程特點、施工技術(shù)和施工管理等多個角度入手對公路隧道塌方事故的成因展開深入分析，最終得到隧道塌方事故成因魚骨圖，進而建立隧道塌方事故成因評估指標體系，并運用層次分析法進行評價，確定各個成因的重要程度，明確防控要點，提出針對性的防控建議，旨在為公路隧道塌方事故的防控工作提供借鑒。

關(guān)鍵詞 公路隧道項目；事故分析；塌方防控

中圖分類號 U458.3文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2023）09-0135-03

0 引言

公路隧道施工現(xiàn)場地質(zhì)環(huán)境復雜，給隧道施工安全帶來較大風險，稍有不慎就可能出現(xiàn)施工安全事故，其中以隧道塌方最為常見。隧道開挖是一項復雜而又危險的工作，施工過程中如果出現(xiàn)塌方往往會給施工單位帶來巨大的生命財產(chǎn)損失。因此，有必要深入分析公路隧道塌方的形成原因，得到公路隧道塌方成因的魚骨圖，以此構(gòu)建隧道塌方成因評價體系，運用層次分析法對各成因的重要程度進行評估，最終給出針對性的預防和控制對策。

1 構(gòu)建隧道施工塌方事故魚骨圖

繪制隧道塌方事故魚骨圖之前，首先要對其事故成因進行剖析。在文獻檢索和有關(guān)案例調(diào)查的基礎(chǔ)上，結(jié)合工程實際情況對造成隧道塌方事故的各種因素進行梳理，并分為水文地質(zhì)、現(xiàn)場勘察、工程特點、施工技術(shù)、施工管理5種類型[1]。

1.1 水文地質(zhì)

大多數(shù)隧道塌方都與施工現(xiàn)場水文地質(zhì)環(huán)境有關(guān)，其中地表降雨、圍巖性質(zhì)、偏壓、地下水是最主要的影響因素。隨著圍巖級別的提高，巖石穩(wěn)定程度降低，滲透性更高，抗風化性能變差，因此，在隧道建設(shè)中，圍巖等級較高的區(qū)域出現(xiàn)塌方的可能性更大。非均勻地貌和巖層等因素會導致隧道偏壓，產(chǎn)生非均勻荷載作用，特別是在淺埋洞口區(qū)，極易因偏壓引發(fā)塌方[2]。

1.2 現(xiàn)場勘察

施工現(xiàn)場地質(zhì)勘察和工程設(shè)計缺陷將對以后的隧道施工安全產(chǎn)生很大影響。隧道工程建設(shè)中常見的勘察設(shè)計問題主要包括地質(zhì)勘察資料不完整、支護設(shè)計不合理等。地質(zhì)勘察是隧道工程規(guī)劃、設(shè)計、施工、管理和運營的關(guān)鍵依據(jù)，地質(zhì)勘察數(shù)據(jù)不準確會嚴重影響隧道施工的安全性。

1.3 工程特性

隧道本身的構(gòu)造特征和施工要求是導致隧道塌方的關(guān)鍵因素，其具體體現(xiàn)在兩個層面：一是隧道結(jié)構(gòu)的埋深，二是隧道的開挖剖面大小。有關(guān)工程研究結(jié)果顯示，埋深較深的隧道工程發(fā)生塌方的比例越大（42.9%），遠遠高于埋深較小的隧道工程塌方事故比例（17.1%）。在實際工程建設(shè)中，隧道開挖剖面范圍越大，其結(jié)構(gòu)受力越復雜，受外界干擾越嚴重，因此，出現(xiàn)隧道塌方事故的風險越高[3]。

1.4 施工技術(shù)

在隧道工程建設(shè)中，不合理的施工技術(shù)方案是造成隧道塌方的直接因素。據(jù)有關(guān)調(diào)查結(jié)果顯示，施工技術(shù)造成的隧道施工塌方事故主要體現(xiàn)在：施工技術(shù)方案不合理，支護襯砌方式或時機不合理，施工質(zhì)量控制不到位、施工監(jiān)理缺位等[4]。

1.5 現(xiàn)場管理

除了地質(zhì)條件、施工技術(shù)等因素之外，施工現(xiàn)場管理對隧道施工安全的影響也很大。工程實踐中，隧道施工塌方事故往往和缺乏有效的安全技術(shù)指導、現(xiàn)場管理制度存在漏洞、現(xiàn)場管理混亂、現(xiàn)場安全監(jiān)督缺失等原因有關(guān)[5]。綜上所述，通過對已有的施工塌方事故案例進行整理后繪制隧道施工安全事故魚骨圖，具體如圖1所示。

2 隧道施工塌方事故致因評價

運用層次分析法評價公路隧道施工塌方事故成因的重要性，基本流程如下：

2.1 構(gòu)建評價指標

以塌方事故成因魚骨圖（圖1）為依據(jù)，構(gòu)建公路隧道塌方事故成因評價體系，為便于后期開展層次分析，將隧道施工塌方形成原因確定為目標層，準則層則包括水文地質(zhì)、現(xiàn)場勘察、工程特點、施工技術(shù)和現(xiàn)場管理5大類，指標就是特定的隧道塌方形成原因，總計15個，對每一層次塌方事故形成原因進行編碼，具體指標體系見圖2。

2.2 權(quán)重計算方法

建立判定矩陣。組織專家運用1～9標度法對相同層級的各項事故成因指標進行打分，建立指標間的判斷矩陣A，得到各層級指標權(quán)重，進行一致性檢驗[6]。

通過歸一化處理判定矩陣A，得到相應的最大特征值λmax、特征矢量W，同時檢驗矩陣A的一致性。如果判定矩陣A符合一致性要求，則特征向量W就是矩陣A中相應指標的權(quán)重值，如果判定矩陣A不符合一致性要求，則需要進行修正[7]。

2.3 計算結(jié)果

按照上述流程，運用層次分析法得到各層級指標權(quán)重，具體計算結(jié)果見表1。

根據(jù)表1可知：

（1）公路隧道施工塌方事故成因評價體系中的準則層的指標按權(quán)重照從大到小的順序可排列為施工技術(shù)D（0.288 5）、水文地質(zhì)A（0.236 6）、現(xiàn)場管理E（0.225 4）、現(xiàn)場勘察B（0.133 5）、工程特點C（0.110 5）。

（2）成因指標的權(quán)重愈高，說明其在隧道施工塌方中的影響愈大，基于以上研究結(jié)論可知，施工技術(shù)、水文地質(zhì)、現(xiàn)場管理是影響隧道施工塌方的主要因素，而現(xiàn)場勘察和工程特點是次要因素。

（3）水文地質(zhì)因素中各成因指標從高到低依次為圍巖巖性0.388 0、地下水含量0.316 9、偏壓0.171 3、地表降水0.120 4。

（4）現(xiàn)場勘察因素中，地勘資料不全或不實（0.665 6）、支護襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理（0.332 2）。

（5）在工程特點因素中，隧道開挖剖面權(quán)重（0.665 6）、隧道埋深（0.332 2）。

（6）施工技術(shù)因素中，各成因指標從高到低依次為開挖方式不合理（0.329 0）、支護方式不科學（0.328 9）、監(jiān)控量測不準確（0.198 5）、施工缺陷（0.139 0）。

（7）在現(xiàn)場管理因素中，各成因指標的權(quán)重從高到低依次為現(xiàn)場管理不嚴格（0.538 5）、現(xiàn)場檢查不到位（0.296 8）、交底培訓力度欠缺（0.162 3）。由此可見，需要對影響較大的成因指標采取針對性的防控[8]。

3 防控建議

3.1 采用科學合理的隧道施工方案

施工方案是隧道施工安全的重要影響因素，施工技術(shù)是否合理對隧道施工安全起到至關(guān)重要的作用。在隧道入口、出口及部分跨越復雜巖土地段容易出現(xiàn)塌方。隧道工程開挖作業(yè)方式、支護方式和支護時機必須適應施工現(xiàn)場地質(zhì)條件，因此，必須制定有針對性、有計劃的塌方事故防控措施，以有效降低隧道施工安全風險[9]。

3.2 建立安全風險管理體系

施工現(xiàn)場安全與質(zhì)量管理不當是導致公路隧道塌方事故的重要原因。在公路隧道建設(shè)過程中，施工現(xiàn)場管理是最重要的一環(huán)，也是確保隧道施工安全的重要手段。

公路隧道塌方事故防控應以預防為重點。基于國家、行業(yè)和地方性法規(guī)及有關(guān)規(guī)定，從施工現(xiàn)場安全管理制度入手，遵循計劃、效果、反饋、系統(tǒng)性原則開展公路隧道安全施工管理，對隧道施工中的地質(zhì)條件、作業(yè)環(huán)境、施工工藝等展開深入研究，找到每一個環(huán)節(jié)中存在的弱點，對施工中存在的各類風險進行系統(tǒng)辨識，并對風險級別進行系統(tǒng)評估，最終得到公路隧道施工安全風險分級防控清單，在組織、制度、技術(shù)、應急等方面對隧道施工的安全風險進行有效防控。

3.3 落實監(jiān)控量測

通過施工監(jiān)測能夠獲得隧道結(jié)構(gòu)的變形、周圍圍巖和初期支護的穩(wěn)定情況，以便對施工現(xiàn)場進行安全評估，為后期施工時機的確定、施工工藝的優(yōu)化等奠定基礎(chǔ)。

（1）隧道監(jiān)測必須嚴格按照國家、行業(yè)和地方有關(guān)規(guī)定，并結(jié)合施工現(xiàn)場圍巖條件、隧道規(guī)模、施工工藝和支護形式進行，選取合適的監(jiān)測內(nèi)容和監(jiān)測方法，及時準確地進行施工監(jiān)測，堅持“不測量不入洞，不安全不進洞”。

（2）對于初始變形和沉降比較大的情況，監(jiān)測斷面間距較小，同時應適當加大施工監(jiān)測頻次。

（3）隧道施工監(jiān)測是動態(tài)過程，在保證準確及時的前提下，應及時向有關(guān)部門報告監(jiān)測數(shù)據(jù)、變形時間曲線和評價結(jié)果，并及時進行數(shù)據(jù)處理和分析，以便及時調(diào)整施工作業(yè)。如發(fā)現(xiàn)施工安全風險，應立即排除，充分利用隧道監(jiān)測結(jié)果，達到提高隧道施工安全性的目的[10]。

3.4 提升現(xiàn)場勘察質(zhì)量

隧道施工過程中，現(xiàn)場勘察是確保隧道施工安全的根本。

（1）開展隧道施工勘察和設(shè)計時，相關(guān)人員要有強烈的質(zhì)量控制觀念，不斷提升勘察和設(shè)計工作質(zhì)量，保證勘察結(jié)果與施工圖紙相符，以防止出現(xiàn)無謂的設(shè)計變更。

（2）加強施工前期準備工作，保證項目在資金、技術(shù)和時間上的合理投入，健全和執(zhí)行現(xiàn)場勘察和設(shè)計質(zhì)量保障制度，按照施工設(shè)計要求對隧道工程進行全面論證和研究，開展“一校、二審”三級審查，防止出現(xiàn)設(shè)計失誤和遺漏。

（3）各專業(yè)勘察人員和施工各參與方保持深度溝通，共同確保隧道支護襯砌的設(shè)計方案與現(xiàn)場勘察數(shù)據(jù)相符，全面提高現(xiàn)場勘察數(shù)據(jù)的準確性。

4 結(jié)論

綜上所述，利用魚骨圖和層次分析法對隧道塌方成因進行分析，厘清導致隧道塌方的主要原因，即施工技術(shù)因素、水文地質(zhì)因素是導致公路隧道塌方的主要原因，因此，必須給予重點關(guān)注。可采取一種更加科學、更加合理的隧道施工技術(shù)方案，構(gòu)建隧道施工安全風險管理體系，認真落實施工監(jiān)測工作，提高施工現(xiàn)場勘察數(shù)據(jù)的準確性和真實性，以有效防控隧道塌方事故的發(fā)生。

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