分析隧道施工塌方風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與控制措施

范 波 王雪玲

(四川汶馬高速公路有限責(zé)任公司，610031)

分析隧道施工塌方風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與控制措施

范 波 王雪玲

(四川汶馬高速公路有限責(zé)任公司，610031)

針對(duì)隧道施工過程中，施工塌方風(fēng)的評(píng)估和控制進(jìn)行分析。首先提出隧道施工塌方風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，主要包括層次分析法和模糊綜合評(píng)價(jià)法。其次闡述了隧道施工風(fēng)險(xiǎn)源識(shí)別以及風(fēng)險(xiǎn)分析，最后結(jié)合實(shí)際案例闡述了如何預(yù)防隧道施工過程中的塌方問題。

隧道施工；塌方風(fēng)險(xiǎn)；風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

為了提前預(yù)防隧道施工塌方，對(duì)隧道設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，以某隧道施工風(fēng)險(xiǎn)為例，對(duì)隧道初期的支護(hù)做出安全性分析，并明確了造成隧道風(fēng)險(xiǎn)因素。結(jié)合隧道施工過程中的地質(zhì)情況采用不同分析法對(duì)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估，根據(jù)評(píng)估結(jié)果，制定完善的隧道施工方案。

1 隧道施工塌方風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法

當(dāng)下，對(duì)隧道施工技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估的方法主要有德爾菲法、故障樹分析法、模糊綜合評(píng)價(jià)法等。主要對(duì)層次分析法和模糊綜合評(píng)價(jià)法兩種理論工具進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。

1.1 層次分析法

層次分析法是美國(guó)運(yùn)籌學(xué)家（T.L.Saaty）在20世紀(jì)70年代初，針對(duì)美國(guó)國(guó)防部“根據(jù)各個(gè)工業(yè)部門對(duì)國(guó)家福利的貢獻(xiàn)大小而進(jìn)行電力分配”課題研究時(shí)提出的。這種方法存在的特點(diǎn)對(duì)復(fù)雜決策問題的本質(zhì)和影響因素進(jìn)行深入分析，并利用較少的定量信息使決策數(shù)字化，進(jìn)而為多個(gè)目標(biāo)、多個(gè)原則或者無結(jié)構(gòu)特性具備的復(fù)雜性決策問題提共較為簡(jiǎn)便的決策方法。

層次分析法分析的步驟如下。（1）建立復(fù)雜決策問題層次結(jié)構(gòu)模型；（2）進(jìn)行構(gòu)造判斷（成對(duì)比較）矩陣；（3）進(jìn)行層次單排序和一致性的檢驗(yàn)；（4）進(jìn)行層次總排序以及一致性進(jìn)行檢驗(yàn)[1]。因?yàn)閷?duì)隧道施工技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估的過程中，存在著較多的影響因素，并且有較多不宜量化的風(fēng)險(xiǎn)因素。因此，為了對(duì)隧道施工技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行有效評(píng)估，可以將層次分析法應(yīng)用到隧道施工技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中去。

1.2 模糊綜合評(píng)價(jià)法

模糊綜合評(píng)價(jià)法屬于一種模糊數(shù)學(xué)的綜合評(píng)價(jià)法。這種綜合評(píng)價(jià)法需要結(jié)合數(shù)學(xué)隸屬度理論，把定性評(píng)價(jià)進(jìn)行轉(zhuǎn)化，使其成為定量評(píng)價(jià)。也就是通過模糊數(shù)學(xué)對(duì)受到多種制約事物和對(duì)象作出一個(gè)總體評(píng)價(jià)。其結(jié)果較為清晰、系統(tǒng)性較強(qiáng)，能夠?qū)σ恍┹^好的、難以解決的量化問題進(jìn)行處理。

2 隧道施工風(fēng)險(xiǎn)源識(shí)別以及風(fēng)險(xiǎn)分析

隧道施工安全控制的基本思想主要是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)相關(guān)的所有風(fēng)險(xiǎn)源進(jìn)行識(shí)別，對(duì)重大風(fēng)險(xiǎn)源進(jìn)行評(píng)價(jià)，并以此作為基礎(chǔ)，制定具有一定針對(duì)性的控制措施和管理方案，明確建立風(fēng)險(xiǎn)源的識(shí)別、分析、評(píng)價(jià)和控制等之間的聯(lián)系，進(jìn)而使主動(dòng)系統(tǒng)的事故預(yù)防思想得到充分體現(xiàn)。

隧道施工過程中存在的風(fēng)險(xiǎn)主要是來自于巖層的性狀和地下水帶來的影響，結(jié)合某隧道的施工狀況，對(duì)施工地區(qū)的地質(zhì)資料進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)其地下水較為缺乏，并且在施工期間屬于枯水期，因此可以不對(duì)突出水泥的影響進(jìn)行考慮。其在施工方法上也存在著潛在的風(fēng)險(xiǎn)，但只要施工方法得當(dāng)，施工程序較為科學(xué)，就會(huì)在一定程度上降低施工中存在的風(fēng)險(xiǎn)。另外，防排風(fēng)地標(biāo)建筑物等均對(duì)本工程具有較小的影響，基于對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的認(rèn)識(shí)和對(duì)這一隧道工程的全面考慮，將過斷層破碎圍巖作為這一工程的重大風(fēng)險(xiǎn)源。

3 案例分析

3.1 工程地質(zhì)條件

某隧道屬于小凈距12m，從隧道左線起里程是K17+825～K18+245，左邊的動(dòng)長(zhǎng)是420m，從右線起，里程是K17+825～K18+241，其里程是416m。隧道建筑內(nèi)的輪廓使用的是三心圓形，其中最大的是17m長(zhǎng)，開挖的面積是160m2。出口處深埋了13-22m，圍巖級(jí)別是V級(jí)。隧道的軸線和山體的走向?qū)儆谛苯唬襟w對(duì)洞口形成了偏壓。圍巖主要是輕壓粘土、砂質(zhì)粘土和中粒砂粘土等組成。其中的粘土等級(jí)屬于級(jí)軟巖和軟巖。隧道的走向接近直角，但其的巖傾角較小，并且屬于板巖，對(duì)巖體所具備的穩(wěn)定性有著較大的影響。巖體因?yàn)闃?gòu)造的影響較重，節(jié)理裂隙的發(fā)育同樣受到構(gòu)造、巖性以及產(chǎn)狀以及風(fēng)化作用的影響，因此隧道拱部的巖體極易坍塌，隧道的側(cè)壁也有可能出現(xiàn)局部的坍塌。隧道隧址區(qū)抗震設(shè)防的基本烈度是Ⅷ度，地震峰值加速是0.2g[2]。初期支護(hù)所采用的是噴、錨和網(wǎng)等手段，或者采用型鋼拱架進(jìn)行支護(hù)，并在背后實(shí)施一定的補(bǔ)強(qiáng)注漿加固。

3.2 隧道施工過程模擬分析

某隧道圍巖的級(jí)別是V級(jí)，其特點(diǎn)是小凈距、大斷面、淺埋、深挖等。施工過程中相鄰的索道之間相互影響，如果施工的方法不夠科學(xué)，就很容易導(dǎo)致塌方。為了避免圍巖的變形，降低沉降，就要采用雙臂導(dǎo)坑法進(jìn)行施工，這種方法采用的施工工序十分復(fù)雜，施作的初期支護(hù)以及拆除臨時(shí)支撐可能對(duì)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性帶來重要影響。以下是對(duì)不同工況進(jìn)行的數(shù)值模擬計(jì)算，進(jìn)而確定隧道施工過程中，初期支護(hù)時(shí)的薄弱環(huán)節(jié)以及科學(xué)合理的施工工序和施工時(shí)機(jī)。

3.2.1 計(jì)算方法的選取

針對(duì)以上例子，采取荷載結(jié)構(gòu)法進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》中對(duì)荷載承擔(dān)比例的建議值，進(jìn)行隧道初期支護(hù)安全系數(shù)的計(jì)算。

3.2.2 計(jì)算工況

采用荷載結(jié)構(gòu)法進(jìn)行計(jì)算的過程中，對(duì)初期支護(hù)閉合、無臨時(shí)支撐、合開挖兩導(dǎo)洞、初期支護(hù)閉合拆掉臨時(shí)支撐等施工工況進(jìn)行著重分析，對(duì)中荷載分擔(dān)比例進(jìn)行計(jì)算。

3.2.3 計(jì)算結(jié)果

結(jié)合以上參數(shù)，分別對(duì)初期支護(hù)臨時(shí)支撐進(jìn)行拆除，對(duì)前后不封閉等工況進(jìn)行結(jié)構(gòu)的受力計(jì)算，其計(jì)算結(jié)果如下表1所示：

表1 計(jì)算結(jié)果對(duì)比

3.3 風(fēng)險(xiǎn)控制措施

結(jié)合以上內(nèi)容，對(duì)隧道初期支護(hù)安全系數(shù)計(jì)算和塌方風(fēng)險(xiǎn)的重要性進(jìn)行排序。在施工階段可以采取以下控制措施。（1）實(shí)施隧道施工超前支護(hù)應(yīng)當(dāng)及時(shí)到位，并且按照設(shè)計(jì)進(jìn)行施工，對(duì)中間圍巖進(jìn)行開挖的過程中，需要及時(shí)的封閉初期支護(hù)。（2）雖然對(duì)大跨度和軟弱破碎公路索道中，采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法對(duì)地中和地表下沉方面控制比其他施工方法好。但是因?yàn)槭┕すば蜉^多，每個(gè)工序之間均較為連貫，導(dǎo)坑的開發(fā)不能比中間的圍巖開挖超前過多，超前的距離一般被控制在3倍洞徑內(nèi)。（3）因?yàn)榈叵鹿こ叹哂幸欢ǖ牟淮_定性，圍巖的變化較為復(fù)雜，需要對(duì)前方不良地質(zhì)情況進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶綔y(cè)，如果地質(zhì)條件和勘測(cè)資料不相符合，就應(yīng)當(dāng)對(duì)支護(hù)參數(shù)進(jìn)行及時(shí)修改。（4）當(dāng)臨時(shí)支撐被拆除后，需要及時(shí)的進(jìn)行二襯，在實(shí)際施工過程中，對(duì)其進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)適時(shí)預(yù)警。（5）如果隧洞中間的圍巖超過了二襯的1.5倍洞涇，并且當(dāng)臨時(shí)支撐拆除后，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行二襯的及時(shí)施作。（6）進(jìn)行爆破的控制，將炮孔的位置、裝藥的方式以及裝藥的質(zhì)量等均進(jìn)行科學(xué)優(yōu)化，進(jìn)而減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)。（7）針對(duì)一些小間距隧道，對(duì)中間的兩個(gè)導(dǎo)洞進(jìn)行施工，施工過程中錯(cuò)開一定的距離，從而避免其之間產(chǎn)生相互影響[3]。

結(jié)束語(yǔ)：

總之，為了預(yù)防防止隧道施工過程中發(fā)生塌方風(fēng)險(xiǎn)，需要和隧道安全系數(shù)進(jìn)行結(jié)合。對(duì)初期支護(hù)進(jìn)行及時(shí)封閉，然后施作二襯。根據(jù)專家調(diào)查結(jié)果。對(duì)隧道施工風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行有效評(píng)估。根據(jù)評(píng)估結(jié)果，完善施工方案，并進(jìn)行及時(shí)的預(yù)測(cè)和預(yù)警，從而減少安全事故的發(fā)生。

[1]周宗青,李術(shù)才,李利平,隋斌,石少帥,張乾青.淺埋隧道塌方地質(zhì)災(zāi)害成因及風(fēng)險(xiǎn)控制[J].巖土力學(xué),2013,05:1375-1382.

[2]曹文貴,翟友成,王江營(yíng),張永杰.山嶺隧道塌方風(fēng)險(xiǎn)的集對(duì)分析方法[J].中國(guó)公路學(xué)報(bào),2012,02:90-99.

[3]張勝,陳修和,汪波,王飛.明堂山隧道塌方風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及控制措施建議[J].地下空間與工程學(xué)報(bào),2012,S1:1567-1570-1620.

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1007-6344（2016）02-0219-01