复杂地质条件下隧道施工过程安全管理研究

屈长发

摘要：为拓展地下空间、发展公路、铁路里程，隧道穿越与相应辅助技术运用率相对较高。而确保相应隧道的安全性与耐久性是工程顺利进行的关键。本文基于笔者多年工作经验。以公路和铁路项目施工中的隧道建设为研究对象，综合探讨复杂地质环境下隧道施工过程中的安全技术。为同行提供建设性意见。

关键词：地质；隧道；施工；安全管理

1引言

随着社会的进步与时代的发展，交通建设领域对隧道施工的业务量及性能优越性都提出了新的要求。为拓展地下空间、发展公路、铁路里程，隧道穿越与相应辅助技术运用率相对较高。而确保相应隧道的安全性与耐久性是工程顺利进行的关键。当前相应质量控制措施已经能确保隧道正常使用30-60年，后续定期的维护更是能提高交通工程的耐久性，为国家交通线路的长治久安提供保障。本文基于笔者多年工作经验，以公路和铁路项目施工中的隧道建设为研究对象，综合探讨复杂地质隧道施工过程中的安全技术问题。

2复杂地质条件下隧道施工质量控制与管控

（一）超前支护。隧道的掘进需要克服岩石重力和断裂带诱发的多重破坏作用力导致的塌陷。其中支护手段的合理运用能在构造地质复杂的基础上对隧道围岩进行加固，保证隧道线路的长治久安。以此为例，超前支护就是以锚杆、护网、注浆导管、管棚等、喷射混凝土等为媒介在配合应力测算进行不同间隔的波动性导入而规避有害应力的隧道加固手段。其中在质量控制方面，往往存在对围岩裂隙勘探不严密，由于围岩物理性质变化较大而导致的地质应力模拟分析不全面等问题，最终造成锚杆定位错误，以至于发生围岩塌陷或者空锚现象的发生。所以在质量控制上相关技术人员必须先期进行原始数据的采集，在岩石物性、断裂面位置、岩层倾角、节理、产状等基础数据上下足功夫，全面确保后续施工设计的严谨可靠。

（二）初期支护。除了超前支护外，在对待常规岩层加固处理工作中需要考虑工程建设成本和技术合理性的均衡。所以初期支护往往贯彻与隧道施工的全过程，通过初期支护，可以在有限资金运用前提下通过“杆、顶、锚、网”加固的方式进行岩性倾入，再通过混凝土衬砌加固，全面提升隧道稳定性。根据笔者多年工作经验，例如，在使用三种或三种以上的围岩支护措施中，必须充分结合客观情况来完成，而不是简单地按照主观思想来实施。当隧道围岩整体性较好时，或围岩强度指标较高时，开挖后喷10cm厚混凝土，这样做的目的是为了给初期支护的核心结构提供更好的支撑，从而实现初始支护的质量改进。另一方面，在围岩情况不好时，初期支护工作中，必须特别注意安全，首先要对不稳定的破碎围岩进行清除、排除岩石剥落对施工人员和设备造成的安全伤害，再喷10㎝厚混凝土进行封面，避免岩体接触空气后发生二次风化。随后再根据支护要求开展锚杆、钢支撑、喷射混凝土等初支施工。通常情况下，初期支护完成后立即布设监控量测点，对拱顶下沉、周边收敛位移量、地表沉降以及支护变化情况进行数据采集分析，掌握其变化趋势以指导后续施工。而在围岩地址情况较复杂时，不仅要采取上述监控措施，还需要通过预埋高精度数据采集装置，对围岩内部位移、锚杆轴力、围岩与喷射混凝土间的接触压力、喷射混凝土内应力、钢支撑内应力、衬砌表面应力等检测项目进行系统性的分析研究，得出结论以指导后续隧道施工。

（三）二次衬砌。当前，国内隧道多采取复合式衬砌类型，为确保隧道运营的安全可靠，隧道施工除了初期支护外，还应做好二次衬砌，这是一项对隧道衬砌进行二次加强的措施。二次衬砌及仰拱浇注的时间和质量直接关系到衬砌结构的安全，过早施做会使二次衬砌承受较大的围岩压力，拖后施做不利于初支的稳定。因此在施工过程中要根据监控量测数据掌握围岩与支护结构的变化规律，合理调整衬砌参数，确定合理的二次衬砌施做时间对隧道衬砌结构安全尤为重要。施工中应注意以下几点：（1）监控量测位移变化率明显降低，围岩对初期支护的压力较大，岩石基本稳定。（2）岩体整体位移已达到预计总位移的80-90%。（3）隧道周边收敛变化率小于0.1-0.2 mm/d，隧道拱顶沉降变化率小于0.07-O.15毫米/ d。（4）稳定性较差的围岩长期不能满足上述要求，喷浆后出现大量裂缝，为了改善围岩的变形条件，应调整衬砌参数，尽早采用二次衬砌。

3复杂地质隧道施工全过程安全技术措施

隧道施工过程中常会遇到坍塌、岩爆、涌水、涌泥等多种复杂地质情况。而单纯的打探孔不能有效对特殊情况进行及时发现，所以先期的地质勘查与应急措施的制定是保障正常掘进的有效辅助手段。通常在地址勘探过程中若设备润滑不良、易损件过热烧毁或者钻探速度控制不当等都会对勘探结果造成偏差，不能准确反映特殊地质构造情况。所以在开挖之前必须进行实地的取芯化验。在明确区域地质构造与位置等高差异前提下进行系统性的地质勘探风险预报，全面评估安全风险、制定有效的安全预防措施和专项施工方案，保障紧急事故发生时的有备无患。其次人员的安全意识、施工安全管理措施与应急救援保障也是安全技术措施实施过程中所必须具备的。例如：富含有毒有害气体的隧道通风、富水隧道地下水的处理、隧道内安全用电、隧道内临时排水设施、隧道应急救援设备、隧道应急救援物质的准备等问题，都是细节工作思路所决定的，需要相应管理人员进行科学考虑。在地勘领域，辅助手段当前最为流行的预报方法有超前探孔法、超声波探测法、地震波法等，不同方法针对不同的服务领域，但如果是遭遇到了极为特殊的地质情况，则需要将众多的方法联合应用，才能确保预报精确性。

3.1基于风险评价的分区治理

风险一直伴随着隧道工程施工的全过程，所以在岩溶隧道施工过程中，一定要首先评估突水灾害对于人员伤亡和设备损坏的损失，做到应急有先后，分区能治理。一般，隧道涌水现象会对工期产生负面影响，不利于隧道工程的及时交付。因此，施工队伍应在综合考虑隧道周围地质条件和突水灾害影响因素的基础上，合理划分巖溶隧道断面，并根据不同断面隧道的不同，有针对性地实施突水控制措施。例如：对于断层破裂带，由于其浅层地下水位和涌水量较小，治水主要采用引导排水的方式；而对于深层断层破裂带，主要采用全剖面加强帷幕灌浆方法治水，以防涌水量过大造成人员和财产安全风险。

3.2采取合理排堵结合方式

近几年，国内岩溶隧道施工中的突水灾害在隧道灾害案例中占据很大比例，极大的危及到隧道施工人员、设备和工程本身的安全。然而，由于岩溶作用机理复杂，防控难度较大，岩溶隧道施工过程中涌水灾害造成的人员伤亡仍然较多。因此，施工单位应实现“排水”与“堵漏”的有机结合，做到“排堵结合、综合治理”，实现突水灾害的有效防控。针对“排水”和“堵漏”问题，有关专家学者提出了不同的看法，一些学者认为，虽然排水成本低，运行过程相对简单，但不能有效预防突水现象，一旦遇到暴雨等气象现象，在特殊条件下，容易引起隧道突水现象频繁发生。同时，如果不采取相应的控制和治理措施进行排水，则地表塌陷的发生概率会加大，不利于保证生态环境的稳定。然而，简单的堵水方式很容易增加岩溶隧道的施工成本。因此，施工单位应采取排水与截水相结合的方法，减少突水量，保证隧道工程施工安全。

3.3基于预报地质的科学绕避法

隧道施工过程中，除了涉及到地形复杂程度外，工程地质和水文地质对隧道施工的影响较大，在工程勘察阶段，从资料收集、分析和研究阶段，投入大量的人力、物力和资源，来做这项工作。在完成上述工作后，对岩溶水质状况进行调查，并开展相应的地质测绘工作，了解隧道中的关键岩性结构和地质问题，尽可能提前了解地质灾害可能引发因素和位置。因此，在深入了解区域地质调查的基础上，再在岩溶突水洞中进一步了解河流等水文地质条件，如多样性、岩石发育特征的复杂性等，可以为岩溶发育区提供准确、有效、快速、经济的地质灾害预报，指导设计单位优化隧道线路选线，有效绕避不良地质区域。这属于比较先进的隧道不良地质灾害预处理技术。目前，该技术已在多个实际工程中应用，取得了良好的效果。在准确探测地质条件的前提下，利用先进的技术手段，充分挖掘地质潜力，成功地绕开岩溶发育薄弱带。

4结语

综上所述，隧道施工点多面长。安全控制工作不是简单的施工监理和技术负责人能一举承担的。施工过程中需要在严格遵循相关法律、法规的基础上，扎实开展超前地质预报和隧道监控量测工作，严格施做超前支护，采用科学合理的衬砌手段，严防隧道坍塌、涌水等事故，全面提升施工质量，避免安全事故的发生。

参考文献

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（作者单位：中交第二公路工程局有限公司）