黃土地區公路隧道施工技術及安全分析

唐瑞亮

（甘肅恒科交通工程監理有限公司，甘肅 蘭州 730000）

近年來，中國交通建設飛速發展，越來越多的公路項目涌現于黃土地區。黃土地區作為我國的主要地貌類型之一，具有其特殊的地質特點和工程環境。在這樣的地質條件下，公路建設面臨著一系列挑戰，特別是隧道施工。隧道是公路建設中的重要組成部分，它不僅能夠有效解決地形復雜、交通阻塞等問題，還能提高公路通行效率，降低交通事故發生率。然而，黃土地區的隧道施工也面臨著許多困難和隱患。為了保障黃土地區公路隧道的施工質量和安全性，必須深入研究該地區的地質特點和工程環境，分析已有的施工技術，總結經驗教訓，提出相應的技術措施和安全管理方法。文章旨在針對黃土地區公路隧道施工技術及安全問題進行深入研究，為黃土地區公路隧道施工提供參考和借鑒，推動黃土地區交通建設取得更大的進步。

1 黃土地區地質特點和工程環境對隧道施工的影響

1.1 黃土地區地質特點

黃土地區是我國特有的地貌類型之一，其主要特點是由黃色粘土組成的特殊土層。這種土層形成于新生代晚期，經歷了漫長的風化過程。黃土具有較高的黏結性、較弱的抗剪強度以及較大的含水量變化范圍，其構造性較差，容易受水侵蝕、干濕循環的影響而發生收縮膨脹。此外，黃土地區還存在著豐富的溝谷和褶皺構造，地下水體較發達，地下脈絡復雜。

1.2 工程環境因素對隧道施工的影響

工程環境因素對隧道施工具有重要影響。首先，黃土地區的氣候條件常常變化多端，季節性的干濕循環可能導致黃土的體積變化，影響隧道圍巖的穩定性。濕潤條件下，黃土變得粘稠，隧道施工可能面臨涌水、滑塌等問題；而在干燥條件下，黃土則可能產生收縮裂縫，對支護結構造成影響。其次，黃土地區常年受到風蝕和水蝕的影響，這可能導致施工場地表面的土壤松散，給隧道進口和出口的施工帶來困難。溝谷和丘陵地形也會對隧道線路布置和縱斷面設計產生影響，增加了隧道設計的復雜性。因此，在黃土地區進行隧道施工時，必須充分考慮工程環境因素的影響，采取適當的施工措施和支護措施來應對氣候變化、地表風蝕和水蝕等問題，保障隧道施工的穩定進行和安全性。同時，對于丘陵地形的處理，需要科學合理地規劃線路，確保隧道建設符合地形起伏特點，以確保工程質量和可持續發展。

2 黃土地區公路隧道施工技術

2.1 地質勘察和評價

由于黃土地區的地質條件復雜多變，地質勘察是深入了解地層結構、地質構造、地下水位等關鍵信息的主要手段。通過充分了解地質特點，可以預測潛在地質風險，為隧道施工提供科學依據。在地質勘察中，應采用多種手段，包括地質鉆探、地質雷達、巖土力學試驗等技術，以獲得地質數據的全面性和準確性。通過樣本分析和實驗室測試，了解黃土的物理性質、力學特性和水文地質條件，為隧道設計和施工提供可靠的數據基礎。地質評價是在地質勘察的基礎上，根據地質特征和地下水位變化等因素，對隧道施工的可能影響進行綜合評估。評價結果對于隧道的線路選擇、斷面設計、施工方法選擇和支護結構設計等具有指導意義。

地質勘察和評價的科學性和準確性直接影響到隧道施工的安全和穩定性。因此，必須高度重視地質勘察和評價工作，確保數據真實可靠，針對黃土地區特有的地質特點，采取合理的隧道設計和施工措施，確保隧道的安全和持久穩定。此外，在隧道施工過程中，還應不斷進行地質監測和評價，及時調整施工方案和支護措施，應對可能出現的地質問題，確保隧道施工順利進行。

2.2 隧道設計與支護

在進行隧道設計時，需要充分考慮黃土的特性，如黏性、塑性、含水量以及其與周圍巖土體的相互作用等。這些特性決定了黃土地區隧道施工面臨的挑戰和難度。為了確保隧道的穩定和安全，需要對黃土地區的地質情況進行細致的分析和評價。地質勘察中要獲取地層的詳細信息，包括黃土的層位、厚度、含水量、壓縮特性等。通過巖土力學試驗，獲得黃土的力學參數，如抗剪強度、抗壓強度、變形模量等。這些數據是隧道設計和支護的基礎。在隧道設計中，需要選取合適的隧道斷面和支護結構。針對黃土的特性，可以考慮采用噴射混凝土襯砌、鋼拱支護、錨桿支護等技術。噴射混凝土襯砌能夠在隧道壁面形成一層堅硬的混凝土保護層，增強圍巖的穩定性。鋼拱支護可以分擔地層壓力，提高隧道的整體承載能力。錨桿支護能夠通過預應力效應，固結周圍土體，減少圍巖位移和沉降。支護結構的選取應根據具體情況進行分析和優化設計，確保施工的安全和有效。另外，隧道施工過程中要注意地質災害的防治。黃土地區容易發生塌陷、滑坡等地質災害，因此需要加強地質災害監測，及時發現并處理地質災害隱患。在地質災害防治中，可以采用地下水排泄、注漿加固、開挖與導管超前支護、型鋼拱排布等輔助法配合使用的技術，確保隧道施工的安全。

2.3 施工方法選擇

在黃土地區公路隧道施工中，施工方法的選擇是影響工程效率和施工質量安全的重要決策。由于黃土地區地質條件復雜多變，選擇適合的施工方法對于確保施工的安全和順利進行至關重要。為減少對土體的擾動，普遍采用的施工方法是機械掘進法，不宜進行鉆爆施工。在掘進施工時，需要根據地質勘察結果、黃土的特性、圍巖等級、支護類型、埋深、斷面形式以及開挖后的應力分布特征等具體情況，合理選擇開挖方式和掘進機械設備，以確保施工的穩定和安全。對于黃土隧道淺埋、偏壓、小凈距段，宜采用超前支護措施，如：超前長管棚、超前小導管等。超前長管棚一般設置于隧道兩端洞口，防止隧道開挖塌方和仰坡變形；超前小導管適用于 V、IV級圍巖段，主要防止隧道開挖發生塌方，以提高開挖面的穩定性。盾構法也是適用于黃土地區的一種施工方法。盾構機可以在地質較為穩定的情況下進行施工，減少地質擾動和地下水涌入的風險。盾構法適用于較長隧道和地下水位較高的區域，但在施工過程中需要嚴密監測地質情況，確保盾構機的穩定和施工效率。對于深埋隧道，涌水問題是常見的挑戰。因此，在施工過程中需要采取相應的抗涌水措施，如噴射混凝土襯砌或預埋注漿管，以防止水的滲入和影響施工進度。此外，施工方法的選擇還需考慮施工人員的技術水平和裝備條件，應確保施工人員具備相應的技術知識和施工經驗。為保證施工質量及安全，提高施工效率，隧道施工應積極推進“機械化換人，自動化減人”，大力推行“四機一模五臺車”為核心的機械化集群作業模式。

2.4 隧道通風與環境保護

在施工過程中，隧道通風的設計和管理對于保障隧道內空氣質量，保證行車安全和乘車舒適具有重要作用。針對黃土地區隧道施工的特點，通風系統應根據隧道長度和形狀合理設計，以確保空氣的循環和氧氣供應。通風系統通常包括進風井和出風井，通過調整通風井的位置和尺寸，實現良好的通風效果。在設計過程中，還要考慮黃土地區常見的地質災害，如滑坡和塌陷，以防止災害氣體進入隧道，保障隧道施工的安全。隧道施工過程中產生的尾氣和粉塵是主要的環境污染源。因此，需要采取相應的環境保護措施，減少尾氣和粉塵對周邊環境的影響。可以在施工現場設置合理的排風系統，及時排除施工過程中產生的有害氣體和粉塵。此外，還可以采用濕式除塵設備和過濾器等技術，對排放的尾氣和粉塵進行處理，達到國家相關環保標準。在隧道通風與環境保護方面，還需要考慮能源的節約和利用。可以采用新型的節能通風設備和技術，如風能、太陽能等可再生能源，來驅動通風系統，降低能源消耗，減少對環境的影響。同時，應對施工廢棄物和污水的排放進行合理控制，遵守環保法規，最大程度地保護當地自然環境。對于產生的污水，可以采用分離處理和回收利用，減少對地下水的污染。施工廢棄物也應進行分類處理和回收利用，降低對土地的占用和資源的浪費。

2.5 施工監測與控制

隧道施工過程中，地質條件復雜多變，地下水位和地質災害風險較高，因此需要采取科學有效的監測與控制手段，及時發現并處理施工過程中的問題，保障隧道施工的安全和穩定進行。監測與控制手段主要包括以下幾個方面：①地質災害監測：通過安裝地質災害監測設備，對隧道施工過程中可能發生的地質災害，如滑坡、塌陷等進行實時監測。地質災害監測數據將為隧道施工提供預警和預防措施，保障施工的安全。②地下水位監測：地下水位是影響隧道施工的重要因素之一。通過地下水位監測系統，及時掌握地下水位的變化情況，根據監測數據調整排水方案和支護措施，確保隧道施工面的干燥。③支護結構監測：對隧道支護結構進行實時監測，了解支護結構的受力情況和變形情況。通過支護結構監測數據，及時發現支護結構的問題，采取相應的補救措施，保障隧道支護的穩定性和有效性。④沉降監測：地表沉降是隧道施工中常見的影響因素。通過沉降監測系統，對施工區域的地表沉降進行實時監測，確保施工對周邊環境的影響處于合理范圍內。⑤施工噪音監測：隧道施工過程中會產生噪音污染，影響周邊居民的生活。通過施工噪音監測系統，及時掌握施工噪音的水平，采取隔音措施和施工時間調整等措施，減少對周邊居民的影響。技術性方面，監測設備應選擇準確可靠的傳感器和儀器，確保監測數據的精確性。

3 黃土地區公路隧道施工安全分析

3.1 風險評估與預防措施

在黃土地區公路隧道施工中，風險評估是確保施工安全的首要步驟。針對該地區特有的地質條件和工程環境，需要對潛在風險進行全面評估。首先，通過地質勘察和評價，識別可能導致隧道工程失敗的地質災害，如滑坡、塌陷等。其次，對涉及到的施工技術、設備和人員進行風險分析，找出可能導致事故的因素。最后，考慮自然災害、地下水涌入、施工噪音等對周邊環境和居民的影響，制定相應的預防措施。預防措施方面，應采取多種手段降低風險。在施工前，確保地質勘察和評價的準確性，避免因地質情況未知而導致的意外。采用先進的施工技術和設備，減少對黃土地質的擾動，降低地質災害的風險。合理組織施工過程，制定詳細的施工方案，加強施工人員的安全培訓，增強應對突發事件的能力。同時，嚴格遵守相關法規和標準，落實安全責任制，強化監督檢查，確保施工全過程安全可控。

3.2 地質災害防治

黃土地區公路隧道施工面臨地質災害的風險，因此地質災害防治至關重要。根據地質勘察和評價結果，對潛在的地質災害進行全面分析和預測。針對可能遇到的滑坡、塌陷、地面沉降等問題，制定相應的防治措施。在施工過程中，地質災害的監測是必不可少的。通過安裝監測設備，實時監測地質體的位移、變形和地下水位變化等，及時發現異常情況并采取措施。此外，應根據監測數據，及時調整施工方案和支護措施，確保隧道施工的安全進行。對于地質災害的防治，還需要注重保護生態環境。合理規劃隧道線路，避免破壞重要的生態系統，采取植被恢復和生態修復措施，減輕施工對周邊生態環境的影響。

3.3 施工過程中的安全管理

施工過程中，應建立健全安全管理體系，確保各項安全措施得到有效實施。首先，需要制定詳細的施工安全計劃和操作規程，明確各個施工環節的安全要求。施工現場要進行嚴格的安全巡查，及時發現和消除安全隱患。安全培訓也是不可忽視的一環。所有參與施工的人員都應接受必要的安全培訓，了解施工中的風險和應急預案，提高安全意識和應對能力。施工管理人員要嚴格遵守安全規定，強化現場管理，做好施工現場的安全組織和指揮。同時，要與相關部門建立聯絡機制，及時了解天氣預警和地質災害風險，做好防范措施。

3.4 應急預案與事故處理

應急預案應包括各類突發事件的處理程序、責任分工和應急資源調配等內容。應急預案應經常進行演練和更新，確保施工過程中可以迅速、有效地應對各種突發事件。一旦發生事故，要迅速啟動應急預案，按照預定程序組織應急處置。施工現場應設立應急指揮部，進行現場救援和事故處理。同時，要及時通知相關部門和群眾，保持信息暢通，防止事態擴大和蔓延。事故后，要及時進行事故調查，查明事故原因，總結教訓，采取措施防止類似事故再次發生。對事故責任人要進行追責問責，以保障施工安全和質量。通過健全應急預案和事故處理機制，可以最大程度地減少事故損失，保障施工的安全和穩定進行。

4 結束語

總之，黃土地區公路隧道施工技術的研究和安全分析是一項重要的工作，對于我國黃土地區的發展和交通建設具有重要意義。在未來的實踐中，應繼續深入研究，不斷創新，探索更加科學和可行的技術和方法，為黃土地區公路隧道施工提供更加可靠和高效的解決方案，實現公路交通的安全暢通和可持續發展。