復雜地質條件下隧道施工過程安全管理研究

屈長發(fā)

摘要：為拓展地下空間、發(fā)展公路、鐵路里程，隧道穿越與相應輔助技術運用率相對較高。而確保相應隧道的安全性與耐久性是工程順利進行的關鍵。本文基于筆者多年工作經(jīng)驗。以公路和鐵路項目施工中的隧道建設為研究對象，綜合探討復雜地質環(huán)境下隧道施工過程中的安全技術。為同行提供建設性意見。

關鍵詞：地質；隧道；施工；安全管理

1引言

隨著社會的進步與時代的發(fā)展，交通建設領域對隧道施工的業(yè)務量及性能優(yōu)越性都提出了新的要求。為拓展地下空間、發(fā)展公路、鐵路里程，隧道穿越與相應輔助技術運用率相對較高。而確保相應隧道的安全性與耐久性是工程順利進行的關鍵。當前相應質量控制措施已經(jīng)能確保隧道正常使用30-60年，后續(xù)定期的維護更是能提高交通工程的耐久性，為國家交通線路的長治久安提供保障。本文基于筆者多年工作經(jīng)驗，以公路和鐵路項目施工中的隧道建設為研究對象，綜合探討復雜地質隧道施工過程中的安全技術問題。

2復雜地質條件下隧道施工質量控制與管控

（一）超前支護。隧道的掘進需要克服巖石重力和斷裂帶誘發(fā)的多重破壞作用力導致的塌陷。其中支護手段的合理運用能在構造地質復雜的基礎上對隧道圍巖進行加固，保證隧道線路的長治久安。以此為例，超前支護就是以錨桿、護網(wǎng)、注漿導管、管棚等、噴射混凝土等為媒介在配合應力測算進行不同間隔的波動性導入而規(guī)避有害應力的隧道加固手段。其中在質量控制方面，往往存在對圍巖裂隙勘探不嚴密，由于圍巖物理性質變化較大而導致的地質應力模擬分析不全面等問題，最終造成錨桿定位錯誤，以至于發(fā)生圍巖塌陷或者空錨現(xiàn)象的發(fā)生。所以在質量控制上相關技術人員必須先期進行原始數(shù)據(jù)的采集，在巖石物性、斷裂面位置、巖層傾角、節(jié)理、產(chǎn)狀等基礎數(shù)據(jù)上下足功夫，全面確保后續(xù)施工設計的嚴謹可靠。

（二）初期支護。除了超前支護外，在對待常規(guī)巖層加固處理工作中需要考慮工程建設成本和技術合理性的均衡。所以初期支護往往貫徹與隧道施工的全過程，通過初期支護，可以在有限資金運用前提下通過“桿、頂、錨、網(wǎng)”加固的方式進行巖性傾入，再通過混凝土襯砌加固，全面提升隧道穩(wěn)定性。根據(jù)筆者多年工作經(jīng)驗，例如，在使用三種或三種以上的圍巖支護措施中，必須充分結合客觀情況來完成，而不是簡單地按照主觀思想來實施。當隧道圍巖整體性較好時，或圍巖強度指標較高時，開挖后噴10cm厚混凝土，這樣做的目的是為了給初期支護的核心結構提供更好的支撐，從而實現(xiàn)初始支護的質量改進。另一方面，在圍巖情況不好時，初期支護工作中，必須特別注意安全，首先要對不穩(wěn)定的破碎圍巖進行清除、排除巖石剝落對施工人員和設備造成的安全傷害，再噴10㎝厚混凝土進行封面，避免巖體接觸空氣后發(fā)生二次風化。隨后再根據(jù)支護要求開展錨桿、鋼支撐、噴射混凝土等初支施工。通常情況下，初期支護完成后立即布設監(jiān)控量測點，對拱頂下沉、周邊收斂位移量、地表沉降以及支護變化情況進行數(shù)據(jù)采集分析，掌握其變化趨勢以指導后續(xù)施工。而在圍巖地址情況較復雜時，不僅要采取上述監(jiān)控措施，還需要通過預埋高精度數(shù)據(jù)采集裝置，對圍巖內(nèi)部位移、錨桿軸力、圍巖與噴射混凝土間的接觸壓力、噴射混凝土內(nèi)應力、鋼支撐內(nèi)應力、襯砌表面應力等檢測項目進行系統(tǒng)性的分析研究，得出結論以指導后續(xù)隧道施工。

（三）二次襯砌。當前，國內(nèi)隧道多采取復合式襯砌類型，為確保隧道運營的安全可靠，隧道施工除了初期支護外，還應做好二次襯砌，這是一項對隧道襯砌進行二次加強的措施。二次襯砌及仰拱澆注的時間和質量直接關系到襯砌結構的安全，過早施做會使二次襯砌承受較大的圍巖壓力，拖后施做不利于初支的穩(wěn)定。因此在施工過程中要根據(jù)監(jiān)控量測數(shù)據(jù)掌握圍巖與支護結構的變化規(guī)律，合理調整襯砌參數(shù)，確定合理的二次襯砌施做時間對隧道襯砌結構安全尤為重要。施工中應注意以下幾點：（1）監(jiān)控量測位移變化率明顯降低，圍巖對初期支護的壓力較大，巖石基本穩(wěn)定。（2）巖體整體位移已達到預計總位移的80-90%。（3）隧道周邊收斂變化率小于0.1-0.2 mm/d，隧道拱頂沉降變化率小于0.07-O.15毫米/ d。（4）穩(wěn)定性較差的圍巖長期不能滿足上述要求，噴漿后出現(xiàn)大量裂縫，為了改善圍巖的變形條件，應調整襯砌參數(shù)，盡早采用二次襯砌。

3復雜地質隧道施工全過程安全技術措施

隧道施工過程中常會遇到坍塌、巖爆、涌水、涌泥等多種復雜地質情況。而單純的打探孔不能有效對特殊情況進行及時發(fā)現(xiàn)，所以先期的地質勘查與應急措施的制定是保障正常掘進的有效輔助手段。通常在地址勘探過程中若設備潤滑不良、易損件過熱燒毀或者鉆探速度控制不當?shù)榷紩碧浇Y果造成偏差，不能準確反映特殊地質構造情況。所以在開挖之前必須進行實地的取芯化驗。在明確區(qū)域地質構造與位置等高差異前提下進行系統(tǒng)性的地質勘探風險預報，全面評估安全風險、制定有效的安全預防措施和專項施工方案，保障緊急事故發(fā)生時的有備無患。其次人員的安全意識、施工安全管理措施與應急救援保障也是安全技術措施實施過程中所必須具備的。例如：富含有毒有害氣體的隧道通風、富水隧道地下水的處理、隧道內(nèi)安全用電、隧道內(nèi)臨時排水設施、隧道應急救援設備、隧道應急救援物質的準備等問題，都是細節(jié)工作思路所決定的，需要相應管理人員進行科學考慮。在地勘領域，輔助手段當前最為流行的預報方法有超前探孔法、超聲波探測法、地震波法等，不同方法針對不同的服務領域，但如果是遭遇到了極為特殊的地質情況，則需要將眾多的方法聯(lián)合應用，才能確保預報精確性。

3.1基于風險評價的分區(qū)治理

風險一直伴隨著隧道工程施工的全過程，所以在巖溶隧道施工過程中，一定要首先評估突水災害對于人員傷亡和設備損壞的損失，做到應急有先后，分區(qū)能治理。一般，隧道涌水現(xiàn)象會對工期產(chǎn)生負面影響，不利于隧道工程的及時交付。因此，施工隊伍應在綜合考慮隧道周圍地質條件和突水災害影響因素的基礎上，合理劃分巖溶隧道斷面，并根據(jù)不同斷面隧道的不同，有針對性地實施突水控制措施。例如：對于斷層破裂帶，由于其淺層地下水位和涌水量較小，治水主要采用引導排水的方式；而對于深層斷層破裂帶，主要采用全剖面加強帷幕灌漿方法治水，以防涌水量過大造成人員和財產(chǎn)安全風險。

3.2采取合理排堵結合方式

近幾年，國內(nèi)巖溶隧道施工中的突水災害在隧道災害案例中占據(jù)很大比例，極大的危及到隧道施工人員、設備和工程本身的安全。然而，由于巖溶作用機理復雜，防控難度較大，巖溶隧道施工過程中涌水災害造成的人員傷亡仍然較多。因此，施工單位應實現(xiàn)“排水”與“堵漏”的有機結合，做到“排堵結合、綜合治理”，實現(xiàn)突水災害的有效防控。針對“排水”和“堵漏”問題，有關專家學者提出了不同的看法，一些學者認為，雖然排水成本低，運行過程相對簡單，但不能有效預防突水現(xiàn)象，一旦遇到暴雨等氣象現(xiàn)象，在特殊條件下，容易引起隧道突水現(xiàn)象頻繁發(fā)生。同時，如果不采取相應的控制和治理措施進行排水，則地表塌陷的發(fā)生概率會加大，不利于保證生態(tài)環(huán)境的穩(wěn)定。然而，簡單的堵水方式很容易增加巖溶隧道的施工成本。因此，施工單位應采取排水與截水相結合的方法，減少突水量，保證隧道工程施工安全。

3.3基于預報地質的科學繞避法

隧道施工過程中，除了涉及到地形復雜程度外，工程地質和水文地質對隧道施工的影響較大，在工程勘察階段，從資料收集、分析和研究階段，投入大量的人力、物力和資源，來做這項工作。在完成上述工作后，對巖溶水質狀況進行調查，并開展相應的地質測繪工作，了解隧道中的關鍵巖性結構和地質問題，盡可能提前了解地質災害可能引發(fā)因素和位置。因此，在深入了解區(qū)域地質調查的基礎上，再在巖溶突水洞中進一步了解河流等水文地質條件，如多樣性、巖石發(fā)育特征的復雜性等，可以為巖溶發(fā)育區(qū)提供準確、有效、快速、經(jīng)濟的地質災害預報，指導設計單位優(yōu)化隧道線路選線，有效繞避不良地質區(qū)域。這屬于比較先進的隧道不良地質災害預處理技術。目前，該技術已在多個實際工程中應用，取得了良好的效果。在準確探測地質條件的前提下，利用先進的技術手段，充分挖掘地質潛力，成功地繞開巖溶發(fā)育薄弱帶。

4結語

綜上所述，隧道施工點多面長。安全控制工作不是簡單的施工監(jiān)理和技術負責人能一舉承擔的。施工過程中需要在嚴格遵循相關法律、法規(guī)的基礎上，扎實開展超前地質預報和隧道監(jiān)控量測工作，嚴格施做超前支護，采用科學合理的襯砌手段，嚴防隧道坍塌、涌水等事故，全面提升施工質量，避免安全事故的發(fā)生。

參考文獻

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（作者單位：中交第二公路工程局有限公司）