水利輸水隧洞施工中的位移風(fēng)險(xiǎn)管理

黃萬飛

（中鐵二十一局集團(tuán)第六工程有限公司，天津 300450）

1 水利輸水隧洞施工中的位移風(fēng)險(xiǎn)的特點(diǎn)

1.1 地質(zhì)多樣性

水利輸水隧洞施工中的位移風(fēng)險(xiǎn)的首要特點(diǎn)之一是地質(zhì)多樣性。不同地區(qū)的隧洞工程往往需要穿越各種不同類型的巖層，如堅(jiān)硬的花崗巖、軟弱的泥巖和多孔的砂巖等。每種巖層都具有不同的力學(xué)性質(zhì)和穩(wěn)定性特點(diǎn)，因此對(duì)施工的影響也各不相同。這種地質(zhì)多樣性要求工程師和施工團(tuán)隊(duì)必須根據(jù)具體情況采取不同的支護(hù)和固定策略，以適應(yīng)不同地質(zhì)條件，從而降低位移風(fēng)險(xiǎn)[1]。

1.2 地下水位和滲透性

地下水位和滲透性是另一個(gè)關(guān)鍵的位移風(fēng)險(xiǎn)特點(diǎn)。在水利輸水隧洞施工中，地下水位的高低以及地下水的滲透性會(huì)對(duì)隧洞周圍的巖層穩(wěn)定性產(chǎn)生直接影響。高地下水位和高滲透性可能導(dǎo)致巖層飽和和水壓升高，增加了位移風(fēng)險(xiǎn)。因此，必須采取適當(dāng)?shù)呐潘胧┖椭ёo(hù)方法，以減輕地下水對(duì)隧洞工程的不利影響。

1.3 斷層和地震活動(dòng)

斷層和地震活動(dòng)也是水利輸水隧洞施工中位移風(fēng)險(xiǎn)的重要組成部分。隧洞穿越地質(zhì)斷層帶時(shí)，斷層的運(yùn)動(dòng)可能引發(fā)位移和變形，從而對(duì)工程的穩(wěn)定性構(gòu)成威脅。此外，部分地區(qū)處于地震活動(dòng)帶，地震引發(fā)的地震位移可能導(dǎo)致隧洞結(jié)構(gòu)破壞。因此，在這些地區(qū)的隧洞工程中，必須特別關(guān)注地震和斷層的影響，并采取相應(yīng)的地震防護(hù)和監(jiān)測(cè)措施，以降低位移風(fēng)險(xiǎn)。

1.4 施工過程中的位移機(jī)制

在水利輸水隧洞施工過程中，位移機(jī)制也是一個(gè)重要的特點(diǎn)。施工工序，如掘進(jìn)、爆破和支護(hù)安裝，都可能引發(fā)局部或全局的位移。這些位移機(jī)制涉及地下應(yīng)力的重新分布和巖層的變形，因此必須謹(jǐn)慎規(guī)劃和監(jiān)控施工過程，以最小化潛在的位移風(fēng)險(xiǎn)。合適的施工方法和序列選擇以及支護(hù)方案的設(shè)計(jì)是確保工程安全的關(guān)鍵因素。

2 水利輸水隧洞施工中的位移風(fēng)險(xiǎn)因素分析

2.1 地質(zhì)條件和地質(zhì)結(jié)構(gòu)

首先，不同地區(qū)的地質(zhì)條件和地質(zhì)結(jié)構(gòu)差異顯著。某些地區(qū)可能具有堅(jiān)硬的巖石層，而其他地區(qū)則可能是軟弱的土壤或泥巖。不僅如此，地下的巖層和地質(zhì)構(gòu)造通常是多樣性的，可能包括褶皺、斷層、巖漿巖和其他復(fù)雜的地質(zhì)特征。這種多樣性要求施工團(tuán)隊(duì)在處理不同地質(zhì)條件時(shí)采取靈活的方法，以適應(yīng)不同地質(zhì)特點(diǎn)，降低巖層不穩(wěn)定性和位移風(fēng)險(xiǎn)。

其次，地下水位和滲透性也對(duì)地質(zhì)條件產(chǎn)生直接影響。高地下水位和高滲透性地層可能導(dǎo)致巖層飽和，增加了位移風(fēng)險(xiǎn)。水流的存在可能會(huì)改變地下巖石的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，尤其是對(duì)于軟弱的地質(zhì)材料[2]。因此，在施工前需要詳盡的地質(zhì)勘探和水文地質(zhì)調(diào)查，以準(zhǔn)確評(píng)估地下水位和滲透性，為位移風(fēng)險(xiǎn)管理提供必要的信息。

2.2 施工方法和設(shè)備

首先，施工方法的選擇是一個(gè)至關(guān)重要的決策因素。不同的施工方法，如盾構(gòu)、鉆孔爆破法、傳統(tǒng)挖掘等，對(duì)地下巖石的影響不同。例如，盾構(gòu)法在軟土層中施工時(shí)可能導(dǎo)致地下的沉降和位移，而傳統(tǒng)挖掘則可能引發(fā)巖層的崩塌。因此，在選擇施工方法時(shí)必須充分考慮地質(zhì)條件和工程的位移風(fēng)險(xiǎn)，以最大程度地減少潛在的不穩(wěn)定性。

其次，施工設(shè)備的性能和適用性對(duì)位移風(fēng)險(xiǎn)也具有顯著影響。使用的掘進(jìn)機(jī)械、支護(hù)設(shè)備和監(jiān)測(cè)工具必須能夠適應(yīng)具體的地質(zhì)條件，以減少潛在的位移風(fēng)險(xiǎn)。精確控制施工設(shè)備的操作和參數(shù)是降低位移風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)鍵，需要確保設(shè)備的穩(wěn)定性和精度，以避免不必要的位移。

此外，施工過程中的操作序列和施工速度也是位移風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)鍵因素?？焖偈┕た赡軙?huì)引發(fā)地下應(yīng)力的快速釋放，導(dǎo)致位移風(fēng)險(xiǎn)增加。因此，在施工計(jì)劃中必須謹(jǐn)慎考慮操作步驟和速度，以減輕位移風(fēng)險(xiǎn)。

2.3 自然和人為因素

水利輸水隧洞施工中的位移風(fēng)險(xiǎn)因素涉及自然和人為因素的綜合影響。自然因素包括水文氣象條件，如雨量、氣溫和氣象事件，這些因素可能引發(fā)地下水位升高和加速地表侵蝕，導(dǎo)致位移風(fēng)險(xiǎn)上升。地質(zhì)條件如地下巖層的多樣性和地震活動(dòng)也是自然因素的重要組成部分，因?yàn)樗鼈儗?duì)巖層的穩(wěn)定性和隧洞結(jié)構(gòu)的完整性構(gòu)成潛在威脅。與此同時(shí)，人為因素如設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和監(jiān)管政策，以及施工操作和監(jiān)測(cè)的質(zhì)量，對(duì)位移風(fēng)險(xiǎn)產(chǎn)生直接影響。施工方法和序列的選擇，支護(hù)和固定措施的實(shí)施，以及地下水的管理都屬于人為因素，需要精心策劃和執(zhí)行，以降低潛在的位移風(fēng)險(xiǎn)。

3 水利輸水隧洞施工中位移風(fēng)險(xiǎn)管理策略

3.1 預(yù)測(cè)和評(píng)估

3.1.1 地質(zhì)勘探和調(diào)查

地質(zhì)勘探和調(diào)查在這個(gè)過程中扮演著關(guān)鍵的角色，為位移風(fēng)險(xiǎn)的準(zhǔn)確評(píng)估提供了必要的數(shù)據(jù)和信息。地質(zhì)勘探和調(diào)查的目的是深入了解隧洞施工區(qū)域的地質(zhì)條件和地質(zhì)結(jié)構(gòu)。這包括對(duì)不同巖層的類型、強(qiáng)度和分布的詳盡了解，地下水位和滲透性的測(cè)定，以及地質(zhì)斷層和地震活動(dòng)的可能性評(píng)估[3]。通過系統(tǒng)性的勘探和調(diào)查，工程團(tuán)隊(duì)可以識(shí)別潛在的位移風(fēng)險(xiǎn)因素，了解地下巖石的特性，以及確定可能的地質(zhì)挑戰(zhàn)。

這一信息的準(zhǔn)確性對(duì)于制定有效的位移風(fēng)險(xiǎn)管理策略至關(guān)重要。具有詳細(xì)地質(zhì)數(shù)據(jù)的工程團(tuán)隊(duì)可以更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)潛在的位移風(fēng)險(xiǎn)，并采取相應(yīng)的措施來減輕這些風(fēng)險(xiǎn)。地質(zhì)勘探和調(diào)查還有助于確定適當(dāng)?shù)氖┕し椒ê椭ёo(hù)方案，以適應(yīng)具體地質(zhì)條件，降低巖層不穩(wěn)定性的可能性。

3.1.2 數(shù)值模擬和分析

數(shù)值模擬和分析為工程團(tuán)隊(duì)提供了一種有力的工具，可以更準(zhǔn)確地評(píng)估位移風(fēng)險(xiǎn)，模擬不同施工情境下的地下巖石響應(yīng)，并為采取相應(yīng)措施提供科學(xué)依據(jù)。

數(shù)值模擬是通過使用地質(zhì)和工程參數(shù)，如地層性質(zhì)、地下水位、施工方法等，來創(chuàng)建數(shù)學(xué)模型來模擬地下巖石的行為。這些模型可以通過模擬施工過程中可能的位移機(jī)制，預(yù)測(cè)潛在的位移和變形情況。通過數(shù)值模擬，工程團(tuán)隊(duì)可以確定哪些地點(diǎn)可能會(huì)受到影響，以及位移的幅度，從而為采取針對(duì)性的風(fēng)險(xiǎn)管理措施提供指導(dǎo)。

數(shù)值分析則是在數(shù)值模擬的基礎(chǔ)上，使用計(jì)算工具和技術(shù)來解釋和分析模型的輸出結(jié)果。這種分析能夠?yàn)楣こ虉F(tuán)隊(duì)提供深入的理解，幫助他們?cè)u(píng)估位移風(fēng)險(xiǎn)的程度，并確定可能的控制措施。通過數(shù)值分析，工程團(tuán)隊(duì)可以識(shí)別潛在的問題，如地下水的升降、巖石的裂縫和應(yīng)力分布不均等，從而采取更精確的措施來降低位移風(fēng)險(xiǎn)。

3.2 風(fēng)險(xiǎn)減輕措施

3.2.1 施工方法和序列優(yōu)化

通過精心規(guī)劃施工流程和操作序列，可以有效減輕位移風(fēng)險(xiǎn)，提高工程的安全性和可靠性。舉例來說，假設(shè)一項(xiàng)隧洞工程需要穿越具有高度不均勻性的地下巖層，包括堅(jiān)硬的花崗巖、軟弱的泥巖和多孔的砂巖。在這種情況下，施工方法和序列的優(yōu)化將至關(guān)重要。工程團(tuán)隊(duì)可以選擇合適的掘進(jìn)機(jī)械和鉆探工具，以適應(yīng)不同巖層的特性。例如，對(duì)于堅(jiān)硬的花崗巖，可以采用機(jī)械挖掘或鉆爆法，而對(duì)于軟弱的泥巖，可能需要采取盾構(gòu)法或其他支護(hù)措施。通過選擇適當(dāng)?shù)氖┕し椒?，可以減少巖層不穩(wěn)定性和位移風(fēng)險(xiǎn)。

此外，施工序列的優(yōu)化也可以幫助降低位移風(fēng)險(xiǎn)。工程團(tuán)隊(duì)可以安排施工順序，以最小化施工對(duì)周圍地質(zhì)環(huán)境的干擾。在前述的巖層多樣性情況下，可以首先處理堅(jiān)硬的巖石，然后再處理軟弱的巖石，以防止周圍巖層的不穩(wěn)定性，這種施工順序的優(yōu)化可以降低位移風(fēng)險(xiǎn)，減少對(duì)周圍地質(zhì)環(huán)境的影響。

3.2.2 支護(hù)和固定方案改進(jìn)

在水利輸水隧洞施工中，有效的位移風(fēng)險(xiǎn)管理策略包括改進(jìn)支護(hù)和固定方案，以減輕潛在的風(fēng)險(xiǎn)。支護(hù)和固定方案的優(yōu)化在提高隧洞工程的穩(wěn)定性和安全性方面發(fā)揮著重要作用。

例如，一個(gè)隧洞工程穿越了一個(gè)地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的地區(qū)，其中存在多個(gè)斷層和巖石類型。在這種情況下，傳統(tǒng)的支護(hù)方案可能不足以應(yīng)對(duì)潛在的位移風(fēng)險(xiǎn)。通過改進(jìn)支護(hù)方案，工程團(tuán)隊(duì)可以采用更強(qiáng)大、更靈活的支護(hù)材料，以適應(yīng)不同類型的巖石，并增加隧洞的整體穩(wěn)定性。這可以包括使用鋼筋混凝土襯砌、錨桿支護(hù)和地下墻等高級(jí)支護(hù)技術(shù)，以應(yīng)對(duì)不同地質(zhì)條件的挑戰(zhàn)。

此外，固定方案的改進(jìn)也可以顯著減輕位移風(fēng)險(xiǎn)。通過使用先進(jìn)的監(jiān)測(cè)技術(shù)，如位移傳感器和地下水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，工程團(tuán)隊(duì)可以實(shí)時(shí)監(jiān)控隧洞的變形情況。如果出現(xiàn)異常位移或應(yīng)力分布，即可采取即時(shí)的補(bǔ)救措施，例如調(diào)整支護(hù)結(jié)構(gòu)或增加支撐。這種實(shí)時(shí)反饋和調(diào)整可以最大限度地減少位移風(fēng)險(xiǎn)，確保工程的安全性和可靠性。

3.3 監(jiān)測(cè)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析

3.3.1 位移監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

位移監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)用可以極大地提高隧洞工程的安全性，通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析，工程團(tuán)隊(duì)能夠迅速識(shí)別位移風(fēng)險(xiǎn)，采取及時(shí)的應(yīng)對(duì)措施。

位移監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括各種傳感器和儀器，用于測(cè)量隧洞結(jié)構(gòu)的位移、變形和應(yīng)力分布。這些監(jiān)測(cè)設(shè)備可以安裝在關(guān)鍵位置，如隧洞墻壁、頂部、地下支撐結(jié)構(gòu)等，以全面了解隧洞的狀態(tài)。通過監(jiān)測(cè)隧洞的實(shí)時(shí)位移數(shù)據(jù)，工程團(tuán)隊(duì)能夠密切關(guān)注隧洞內(nèi)部的變化，包括地下巖石的變形、水位的波動(dòng)以及其他關(guān)鍵參數(shù)。

以一個(gè)示例情景來說明，假設(shè)隧洞施工區(qū)域位于地震活躍區(qū)域，地質(zhì)條件復(fù)雜，存在斷層帶。在這種情況下，位移監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)隧洞結(jié)構(gòu)的變形情況。如果發(fā)生地震或斷層活動(dòng)，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以立即檢測(cè)到位移或變形的異常情況，并將數(shù)據(jù)傳輸至中央監(jiān)控中心。工程團(tuán)隊(duì)可以通過分析這些數(shù)據(jù)，快速做出反應(yīng)，例如立即中止施工，以確保工程人員的安全。這種實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析和應(yīng)急響應(yīng)有助于最大程度地降低潛在的位移風(fēng)險(xiǎn)，減少人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失[4]。

此外，位移監(jiān)測(cè)系統(tǒng)還可以為隧洞工程提供寶貴的歷史數(shù)據(jù)，用于長(zhǎng)期的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和工程改進(jìn)。通過分析歷史位移數(shù)據(jù)，工程團(tuán)隊(duì)可以更好地了解隧洞結(jié)構(gòu)的變化趨勢(shì)，為今后的工程提供重要的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)和改進(jìn)方向。

3.3.2 預(yù)警系統(tǒng)的建立

預(yù)警系統(tǒng)通?；谖灰票O(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析結(jié)果。一旦監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示出異常的變化，如位移速度的加快、地下水位的顯著升高或地震活動(dòng)的增加，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)觸發(fā)警報(bào)。這些警報(bào)可以通過各種方式傳達(dá)給工程團(tuán)隊(duì)，包括聲音警報(bào)、短信通知、電子郵件或手機(jī)應(yīng)用程序，確保相關(guān)人員能夠及時(shí)獲得信息。

例如，一個(gè)隧洞工程位于山區(qū)，地下巖層多種多樣，存在地震活動(dòng)的可能性。在這種情況下，預(yù)警系統(tǒng)可以設(shè)定警戒閾值，一旦地震監(jiān)測(cè)設(shè)備檢測(cè)到地震活動(dòng)，系統(tǒng)將自動(dòng)觸發(fā)警報(bào)。工程團(tuán)隊(duì)將迅速收到警報(bào)通知，并能夠立即采取措施，如中止施工或疏散工程人員，以確保他們的安全。這種實(shí)時(shí)的預(yù)警系統(tǒng)有助于最大限度地減少潛在的風(fēng)險(xiǎn)，減少人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。

3.4 應(yīng)急響應(yīng)計(jì)劃

3.4.1 突發(fā)事件處理

在應(yīng)急響應(yīng)計(jì)劃中，突發(fā)事件處理是一個(gè)至關(guān)重要的方面。這涉及工程團(tuán)隊(duì)在發(fā)生突發(fā)事件時(shí)采取的措施，以最小化潛在風(fēng)險(xiǎn)和危害。舉例來說，如果發(fā)生地震，應(yīng)急響應(yīng)計(jì)劃可以包括工程人員迅速疏散到安全地點(diǎn)，暫停施工活動(dòng)，檢查隧洞結(jié)構(gòu)的狀況，并評(píng)估可能的損害。此外，預(yù)警系統(tǒng)可以在地震發(fā)生時(shí)自動(dòng)觸發(fā)，提供及時(shí)警報(bào)，以確保人員的安全。

應(yīng)急響應(yīng)計(jì)劃還應(yīng)考慮其他突發(fā)事件，如大雨引發(fā)的水涌或泥石流。在這些情況下，工程團(tuán)隊(duì)需要有應(yīng)急措施，如設(shè)立防洪設(shè)施、實(shí)施緊急排水措施，以防止水涌或泥石流對(duì)隧洞結(jié)構(gòu)造成損害。這些措施的迅速實(shí)施可以減輕潛在的位移風(fēng)險(xiǎn)，并確保工程的可靠性。

3.4.2 人員撤離和安全措施

人員撤離是應(yīng)急響應(yīng)計(jì)劃的關(guān)鍵組成部分，特別是在發(fā)生地震、泥石流或其他自然災(zāi)害時(shí)。工程團(tuán)隊(duì)必須制定清晰的撤離程序，包括撤離路徑、安全集結(jié)點(diǎn)和通信方式。在突發(fā)事件發(fā)生時(shí)，工程人員必須迅速撤離危險(xiǎn)區(qū)域，以避免受到潛在的風(fēng)險(xiǎn)和危害。這可能需要進(jìn)行定期的撤離演練，以確保所有人員了解并能夠執(zhí)行撤離程序[5]。

安全措施也是應(yīng)急響應(yīng)計(jì)劃的一部分，用于保護(hù)工程人員的安全。這包括提供適當(dāng)?shù)膫€(gè)人防護(hù)裝備，如頭盔、安全帶和呼吸器，以減少潛在的傷害。此外，安全措施還包括為工程人員提供培訓(xùn)，使他們了解如何應(yīng)對(duì)不同類型的突發(fā)事件，以及如何使用應(yīng)急設(shè)備，如滅火器和急救包。這種培訓(xùn)可以提高工程人員的自我保護(hù)能力，并減少潛在傷害的風(fēng)險(xiǎn)。

4 結(jié)論

水利輸水隧洞施工中位移風(fēng)險(xiǎn)管理至關(guān)重要。結(jié)合地質(zhì)勘探、數(shù)值模擬、支護(hù)固定、預(yù)警系統(tǒng)和應(yīng)急響應(yīng)計(jì)劃，能夠最大程度地降低風(fēng)險(xiǎn)，確保工程的順利進(jìn)行和安全完成。位移風(fēng)險(xiǎn)的管理策略需要綜合考慮自然和人為因素，以應(yīng)對(duì)多樣的地質(zhì)條件和突發(fā)事件，以保障工程的成功實(shí)施。