隧道施工風險與控制對策研究

蘭元豪

【摘 要】隧道及地下工程的施工具有隱蔽性和復雜性的特點，施工區域內地層結構條件和附近的自然環境具有諸多不確定性，使得隧道工程的施工技術難度大、安全風險高。文章基于隧道施工中常見的風險因素提出了有效的控制措施，創造性地將隧道施工中巖體結構性風險與其他風險進行明確區分，有利于施工中對各類危險情況做出清晰、準確的判斷，進而減少事故發生。

【關鍵詞】隧道施工;風險;控制

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

0 引言

目前，各施工企業尚未形成對隧道工程施工風險的統一認識，國內也尚未出臺針對隧道工程施工的安全風險控制標準，多數施工企業對施工的風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，在施工前通過仔細勘測隧道周圍的巖體成分、水文情況及其他工程指標，制定相應的施工風險控制對策，并在實際的隧道施工中根據施工現場的具體情況和突發狀況做出相應調整。因此，深入研究隧道施工的風險因素與控制對策顯得尤為必要。本文以進一步提高各施工企業對風險的管控意識為出發點，全面闡述了隧道工程施工中可能存在的各類安全風險因素，針對這些風險因素提出了行之有效的控制策略[1]。

1 隧道巖體結構性風險因素及控制對策

1.1 風險因素

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

洞身淺埋偏壓段坍塌：洞身淺埋偏壓段非常容易發生坍塌冒頂，這種情況將帶來地表沉降或演變為仰坡滑塌。

斷層坍塌：斷層和淺埋段由于巖體結構失穩而發生的坍塌。

圍巖坍塌：圍巖節理裂隙將引起局部掉塊或坍塌，對洞內的施工帶來威脅。

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，情況嚴重時還會造成隧道大型塌方等連鎖反應。

突水涌泥：隧道洞身經過斷層破碎帶存在突水涌泥的風險，對洞內的施工人員構成威脅。

巖爆：巖爆在施工過程中經常發生，有的是巖體自身脆弱性造成的，有的是施工所致，危及人員和設備的安全。

1.2 控制對策

1.2.1 洞口滑塌失穩

應將洞口的工程和其他相鄰的工程進行統籌規劃、安排，力爭做到盡早完成施工，且施工期應避開雨季或冬季。在洞口進行施工之前，應首先查看仰坡的坡度及穩定性情況，及時清除懸石、危石，并且進行不間斷的狀態監測，充分依據施工現場的地形，對洞口仰坡及時做好防護措施，以保證洞口坡面的穩定。洞口仰坡附近的排水系統應在仰坡施工前完成開挖，且應避免雨季施工，盡量減少施工對山體的破壞，保護好自然環境，防止水土流失。在進行洞口土石方施工時，應注意開挖順序，即自上而下開挖并逐層做好防護措施。當施工區域內遇不良地質情況時，則應做好穩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行爆破。仰坡的開挖方法通常使用預留光爆層法或預裂爆破法。當洞口施工段開挖至隧道底部標高時，應及時進行中心水溝、出水口和排水側溝的施工[2]。

1.2.2 洞身淺埋偏壓段坍塌

根據隧道施工現場的具體情況，需搭建全面、完善的施工監測系統，對隧道拱頂下沉量、周邊位移量和地表的沉降量進行監測，及時掌握圍巖的變化情況。當監測裝置發生報警時，說明有施工異常情況發生，應果斷使用超前小導管進行支護，同時對圍巖進行注漿等加固處置，必要時可通過地表注漿的方式進行處置。依據圍巖的具體情況和監測數據，最終確定合適的開挖尺寸，以保證開挖和支護的質量，進行安全施工。仰拱落底的施工應盡早完成，及時對結構進行支護以盡早封閉成環，最大限度地減少圍巖發生形變，對落底尺寸也應嚴格控制。在進行淺埋段施工時，V級圍巖應使用導坑留核心土的開挖方式，為提高開挖效率，導坑宜為弧形，而IV級圍巖應使用短臺階法的開挖方式。隧道開挖后需及時架設鋼架，隨后可進行錨桿和噴混凝土的支護，在此過程中應嚴格遵循“導超前、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分情況進行處理，如果是小范圍塌方，可“先支后清”;如果是大范圍塌方，應“先棚后穿”;如果同時發生塌方和滲水情況，則應先進行堵漏后再處理塌方。另外，大范圍塌方還應遵循“穩塌體、小進尺、強支護、速反饋”的施工原則，并且減少施工擾動。在進行塌方救援時，營救人員應首先確定具體的塌方位置和被困人員的具體地點，之后進行清砟救人，為避免人員的二次傷害，應確保救援現場的安全。如果開挖掌子面后部發生局部塌方，則應先使用木跺對開裂初支進行及時支護，同時使用進水管或專用壓風管對塌方體前端封閉空間壓風，使被困施工人員獲得充足的氧氣，在塌方體邊側開挖一個小型通道供救援使用，同時使用邊墻或木撐進行臨時支護[3]。

1.2.4 圍巖坍塌

節理密集施工帶的風險控制對策應依據施工現場的實際情況而定，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，架設鋼拱架防止現場繼續塌方、掉塊，如有必要可進行圍巖的超前支護。

1.2.5 掌子面或拱墻坍塌

根據施工現場的具體情況建立相應的、完善的監測系統，對拱頂下沉、位移和地表沉降情況進行監測，以及時了解圍巖的真實變化情況。施工單位根據工程原始設計資料和技術規范，劃定前方可能存在的風險點，并對這些風險點進行超前探測、預報，避免各類施工事故發生。超前探測可使用地質鉆機進行鉆孔探測，當探測出異常時應及時使用超前小導管進行支護，同時對圍巖進行注漿處置。

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特別注意施工工藝，應使用超前地質預測法，充分了解開挖的工作面包括前方的地質構造，掌握地下水情況，及時采取有效的防護措施。施工過程中應使用注漿堵水的方式，與超前鉆孔排水法相結合，通過正臺階預留核心土的方式開挖（環形開挖），掘進循環進尺為0.5～1.0 m。富水情況下進行軟弱破碎圍巖隧道支護時，應使用超前小導管進行注漿，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。

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

1.2.7 巖爆

應當遵循以防為主、防治結合的安全措施，避免或減少隧道施工巖爆情況的發生。施工前應充分勘測開挖面前方圍巖特性，對周邊水文特征、地質構造科學預測、判斷，若發現存在強巖爆的可能性，應及時制定具體應對措施，保證隧道安全施工。巖爆多發的隧道進行施工時地質預報的準確性和及時性是重點關注內容。地質預報應以超前探孔為主，并輔助地震波、電磁波和鉆速檢測等方式，在開挖附近地質結構的預報中，可根據地質勘測報告中的具體數據分析巖體的動態和靜態特性，如從巖體內部發出的各種聲響及局部巖體是否有脫落等現象。也可通過工程地質類比的方法在宏觀上作出地質預報。

根據巖爆的強度大小對危險程度進行評估和分級，應針對巖爆不同的危險等級采取相應的技術措施。在微弱巖爆施工段，可在開挖面上灑水以軟化表層，使巖體內部的應力得以有效釋放。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，注水孔位置宜在側壁或拱部，施作完成后向孔內灌注高壓水以進一步軟化圍巖，使巖體內部的應力得以深度釋放。對于雙線隧道工程的施工而言，可預先掘進貫通一個小型導洞，其斷面面積為15～30 m2，目的是使巖體中的高位應力得以釋放，隨后可進行隧道的正式開挖。易發生巖爆的隧道施工段應注意循環進尺的控制，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。使用噴射機械手進行鋼纖維混凝土網噴施工，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。

隧道拱部和側壁應布設防止巖爆的短錨桿，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，以實現噴錨加固的作用。當隧道施工時發生巖爆應立即采取有效處置措施，首先應停止相關施工設備掘進或運轉，并仔細觀察工作面具體情況，如發生巖爆的具體位置、數量、強度和類型等。在工作面、側壁及拱部，每完成一次循環施工后應進行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。當使用臺車進行鉆孔且巖爆強度不大時，可在臺車、裝渣設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備。

2 其他風險因素及控制對策

2.1 其他風險因素

2.1.1 施工設計及施工工藝

施工設計部分是初始環節，對隧道施工全過程具有指導作用，設計部分將給出施工的總體方案、工期、施工要點、風險因素分析和質量控制等具體要求。設計方案如果存在問題，不僅會影響到隧道的施工質量，對于施工過程中的風險因素也會預判不足，當發生隧道施工危險時采取的控制和處置措施不力，更為嚴重的施工設計問題會導致工程更大范圍的事故發生。施工工藝包括施工工序和施工標準等方面，施工工藝如果未達到國家標準及行業標準的要求，將會引起很多施工問題。

2.1.2 施工人員及施工設備

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

2.1.3 施工管理及施工組織

施工管理及施工組織風險因素多數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范和嚴謹的流程，僅憑經驗施工，施工組織松散、制度缺失、存在漏洞，施工安全風險考慮不周，都將給隧道的施工帶來潛在的事故隱患。

2.1.4 氣象、水文及自然環境

施工地點的氣象環境包括雷雨、大風及可能引發的自然災害，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。自然環境如施工區域附近的建筑物、管線設施、障礙物及其他廢棄物等。這些氣象、水文及自然環境都有可能給隧道施工帶來一定影響或危及人員、設備的安全。

2.2 控制對策

2.2.1 施工設計及施工工藝

在施工設計環節應仔細根據現場地質結構的勘測數據進行分析，充分考慮到可能存在的施工風險因素，并提前在設計方案中標注清晰。將設計文件中的具體措施逐條與最新的施工規范標準進行對比，查找問題疏漏項。施工前的材料及工藝試驗環節應逐項按照流程進行，確保施工工藝能夠滿足隧道工程的質量要求，杜絕由施工設計或施工工藝問題而導致的各類事故發生，施工前各單位都應制定詳細的安全風險控制措施。

2.2.2 施工人員及施工設備

提高施工人員的責任意識和安全意識，特別是對隧道施工環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實力，尤其是各類施工通用設備的使用、檢修和日常維護，包括設備簡單故障的排查和處理能力。各種施工機械設備應定期進行質量檢驗，保證設備處于最佳的運行狀態，施工前和施工過程中都應隨時觀察設備的運轉情況，及時做好人員及設備的安全防護措施。

2.2.3 施工管理及施工組織

細化施工管理制度，規范施工組織流程，簡化施工中不必要的煩瑣流程，將工作重點放在施工質量、工期進度和安全保障等方面，強調對人員、設備、材料的協調管理，施工管理制度應具體落實到人，避免出現管理制度盲區。優化施工組織流程，確保各施工工序都能順利銜接，施工組織流程中需設有風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，并負責編寫隧道施工事故預案及處置措施。

2.2.4 氣象、水文及自然環境

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

3 結束語

隧道施工過程中的風險因素眾多，本文重點討論了這些風險因素并進行合理區分，可避免制定安全措施時發生死角和遺漏，使風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

[1]桂志敬，吳忠廣，嚴瓊，等.公路隧道施工安全風險評估方法優化研究[J].中國安全生產科學技術，2018（9）：136-143.

[2]蔡猛農.山區隧道施工風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險控制方法及應用[J].工程技術研究，2019（12）：139-140.