隧道施工风险与控制对策研究

兰元豪

【摘 要】隧道及地下工程的施工具有隐蔽性和复杂性的特点，施工区域内地层结构条件和附近的自然环境具有诸多不确定性，使得隧道工程的施工技术难度大、安全风险高。文章基于隧道施工中常见的风险因素提出了有效的控制措施，创造性地将隧道施工中岩体结构性风险与其他风险进行明确区分，有利于施工中对各类危险情况做出清晰、准确的判断，进而减少事故发生。

【关键词】隧道施工;风险;控制

【中图分类号】U455.4 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2022）04-0100-03

0 引言

目前，各施工企业尚未形成对隧道工程施工风险的统一认识，国内也尚未出台针对隧道工程施工的安全风险控制标准，多数施工企业对施工的风险和危险没有明确的概念，仅能以实际的隧道工程为分析背景，在施工前通过仔细勘测隧道周围的岩体成分、水文情况及其他工程指标，制定相应的施工风险控制对策，并在实际的隧道施工中根据施工现场的具体情况和突发状况做出相应调整。因此，深入研究隧道施工的风险因素与控制对策显得尤为必要。本文以进一步提高各施工企业对风险的管控意识为出发点，全面阐述了隧道工程施工中可能存在的各类安全风险因素，针对这些风险因素提出了行之有效的控制策略[1]。

1 隧道岩体结构性风险因素及控制对策

1.1 风险因素

洞口滑塌失稳：在施工时如果隧道的明洞或洞口变仰坡，则很容易发生滑塌失稳，这种情况对洞内及洞口的施工会带来严重的威胁。

洞身浅埋偏压段坍塌：洞身浅埋偏压段非常容易发生坍塌冒顶，这种情况将带来地表沉降或演变为仰坡滑塌。

断层坍塌：断层和浅埋段由于岩体结构失稳而发生的坍塌。

围岩坍塌：围岩节理裂隙将引起局部掉块或坍塌，对洞内的施工带来威胁。

掌子面或拱墙坍塌：洞身如果通过断层破碎带，将有可能引起掌子面或拱墙坍塌，情况严重时还会造成隧道大型塌方等连锁反应。

突水涌泥：隧道洞身经过断层破碎带存在突水涌泥的风险，对洞内的施工人员构成威胁。

岩爆：岩爆在施工过程中经常发生，有的是岩体自身脆弱性造成的，有的是施工所致，危及人员和设备的安全。

1.2 控制对策

1.2.1 洞口滑塌失稳

应将洞口的工程和其他相邻的工程进行统筹规划、安排，力争做到尽早完成施工，且施工期应避开雨季或冬季。在洞口进行施工之前，应首先查看仰坡的坡度及稳定性情况，及时清除悬石、危石，并且进行不间断的状态监测，充分依据施工现场的地形，对洞口仰坡及时做好防护措施，以保证洞口坡面的稳定。洞口仰坡附近的排水系统应在仰坡施工前完成开挖，且应避免雨季施工，尽量减少施工对山体的破坏，保护好自然环境，防止水土流失。在进行洞口土石方施工时，应注意开挖顺序，即自上而下开挖并逐层做好防护措施。当施工区域内遇不良地质情况时，则应做好穩定边坡及仰坡的安全措施。禁止使用洞室爆破开挖的方法开挖洞口土石方，可使用浅孔小台阶法进行爆破。仰坡的开挖方法通常使用预留光爆层法或预裂爆破法。当洞口施工段开挖至隧道底部标高时，应及时进行中心水沟、出水口和排水侧沟的施工[2]。

1.2.2 洞身浅埋偏压段坍塌

根据隧道施工现场的具体情况，需搭建全面、完善的施工监测系统，对隧道拱顶下沉量、周边位移量和地表的沉降量进行监测，及时掌握围岩的变化情况。当监测装置发生报警时，说明有施工异常情况发生，应果断使用超前小导管进行支护，同时对围岩进行注浆等加固处置，必要时可通过地表注浆的方式进行处置。依据围岩的具体情况和监测数据，最终确定合适的开挖尺寸，以保证开挖和支护的质量，进行安全施工。仰拱落底的施工应尽早完成，及时对结构进行支护以尽早封闭成环，最大限度地减少围岩发生形变，对落底尺寸也应严格控制。在进行浅埋段施工时，V级围岩应使用导坑留核心土的开挖方式，为提高开挖效率，导坑宜为弧形，而IV级围岩应使用短台阶法的开挖方式。隧道开挖后需及时架设钢架，随后可进行锚杆和喷混凝土的支护，在此过程中应严格遵循“导超前、勤测量、快封闭和强支护”的施工原则。

1.2.3 断层坍塌

隧道施工过程中如遇塌方则应分情况进行处理，如果是小范围塌方，可“先支后清”;如果是大范围塌方，应“先棚后穿”;如果同时发生塌方和渗水情况，则应先进行堵漏后再处理塌方。另外，大范围塌方还应遵循“稳塌体、小进尺、强支护、速反馈”的施工原则，并且减少施工扰动。在进行塌方救援时，营救人员应首先确定具体的塌方位置和被困人员的具体地点，之后进行清砟救人，为避免人员的二次伤害，应确保救援现场的安全。如果开挖掌子面后部发生局部塌方，则应先使用木跺对开裂初支进行及时支护，同时使用进水管或专用压风管对塌方体前端封闭空间压风，使被困施工人员获得充足的氧气，在塌方体边侧开挖一个小型通道供救援使用，同时使用边墙或木撑进行临时支护[3]。

1.2.4 围岩坍塌

节理密集施工带的风险控制对策应依据施工现场的实际情况而定，可使用手喷混凝土方式向塌方处喷射混凝土，及时完成围岩的封堵工作以减少岩石在外界暴露的时间，架设钢拱架防止现场继续塌方、掉块，如有必要可进行围岩的超前支护。

1.2.5 掌子面或拱墙坍塌

根据施工现场的具体情况建立相应的、完善的监测系统，对拱顶下沉、位移和地表沉降情况进行监测，以及时了解围岩的真实变化情况。施工单位根据工程原始设计资料和技术规范，划定前方可能存在的风险点，并对这些风险点进行超前探测、预报，避免各类施工事故发生。超前探测可使用地质钻机进行钻孔探测，当探测出异常时应及时使用超前小导管进行支护，同时对围岩进行注浆处置。

1.2.6 突水涌泥

软弱破碎围岩通常含水量较高，这种围岩隧道在开挖时应特别注意施工工艺，应使用超前地质预测法，充分了解开挖的工作面包括前方的地质构造，掌握地下水情况，及时采取有效的防护措施。施工过程中应使用注浆堵水的方式，与超前钻孔排水法相结合，通过正台阶预留核心土的方式开挖（环形开挖），掘进循环进尺为0.5～1.0 m。富水情况下进行软弱破碎围岩隧道支护时，应使用超前小导管进行注浆，辅以管棚、钢筋架及混凝土等支护方式，以此形成较强的支护架构。

由支护的位移量测算结果，对支护效果进行评估，包括围岩的稳定性、可靠性等，并及时修改支护方式或参数以保证施工安全。这种类型的围岩隧道应具有特定的排水措施，衬砌混凝土应满足防水要求，且施工缝和变形缝防水处理方法也应满足施工质量要求。在铺设防水层前应平整喷射混凝土的基面，清除表面的浮渣，防水层应保持平顺，与喷射混凝土基面紧密贴合，可使用常规法、充气法和真空法检查接缝的密实性。在铺设防水层前应确保注浆效果起到止水的目的，防水层铺设完成后禁止在附近注浆。在安装排水盲管前应平整岩面，设置好排水管及排水沟后再进行衬砌施工。为使排水顺畅，应将基底彻底清理。复合式衬砌施工应由监测数据确定具体施作时间，其中仰拱应尽早施作以尽快形成封闭式结构。

1.2.7 岩爆

应当遵循以防为主、防治结合的安全措施，避免或减少隧道施工岩爆情况的发生。施工前应充分勘测开挖面前方围岩特性，对周边水文特征、地质构造科学预测、判断，若发现存在强岩爆的可能性，应及时制定具体应对措施，保证隧道安全施工。岩爆多发的隧道进行施工时地质预报的准确性和及时性是重点关注内容。地质预报应以超前探孔为主，并辅助地震波、电磁波和钻速检测等方式，在开挖附近地质结构的预报中，可根据地质勘测报告中的具体数据分析岩体的动态和静态特性，如从岩体内部发出的各种声响及局部岩体是否有脱落等现象。也可通过工程地质类比的方法在宏观上作出地质预报。

根据岩爆的强度大小对危险程度进行评估和分级，应针对岩爆不同的危险等级采取相应的技术措施。在微弱岩爆施工段，可在开挖面上洒水以软化表层，使岩体内部的应力得以有效释放。在中等岩爆施工段，可在隧道开挖面的轮廓线以外15 m范围开凿注水孔，注水孔位置宜在侧壁或拱部，施作完成后向孔内灌注高压水以进一步软化围岩，使岩体内部的应力得以深度释放。对于双线隧道工程的施工而言，可预先掘进贯通一个小型导洞，其断面面积为15～30 m2，目的是使岩体中的高位应力得以释放，随后可进行隧道的正式开挖。易发生岩爆的隧道施工段应注意循环进尺的控制，宜使用光面爆破法，使隧道的周边表面圆顺，以降低岩爆强度。使用喷射机械手进行钢纤维混凝土网喷施工，岩爆强度较大的开挖面可使用超前锚杆以锁定开挖面前方的围岩。

隧道拱部和侧壁应布设防止岩爆的短锚杆，锚杆的长度為2 m左右，锚杆的间距为1 m左右，与钢纤维喷射混凝土同时使用效果更佳，以实现喷锚加固的作用。当隧道施工时发生岩爆应立即采取有效处置措施，首先应停止相关施工设备掘进或运转，并仔细观察工作面具体情况，如发生岩爆的具体位置、数量、强度和类型等。在工作面、侧壁及拱部，每完成一次循环施工后应进行3次找顶，使用具有一定受力能力的锚杆，喷射钢纤维混凝土的厚度为6～8 cm。当使用台车进行钻孔且岩爆强度不大时，可在台车、装渣设备或其他运输车辆上布置防护钢板，以防止岩爆所弹射出的碎块砸伤施工人员或损坏施工设备。

2 其他风险因素及控制对策

2.1 其他风险因素

2.1.1 施工设计及施工工艺

施工设计部分是初始环节，对隧道施工全过程具有指导作用，设计部分将给出施工的总体方案、工期、施工要点、风险因素分析和质量控制等具体要求。设计方案如果存在问题，不仅会影响到隧道的施工质量，对于施工过程中的风险因素也会预判不足，当发生隧道施工危险时采取的控制和处置措施不力，更为严重的施工设计问题会导致工程更大范围的事故发生。施工工艺包括施工工序和施工标准等方面，施工工艺如果未达到国家标准及行业标准的要求，将会引起很多施工问题。

2.1.2 施工人员及施工设备

施工人员风险因素包括施工人员的技术能力、身体状况等，如果技术能力欠缺或身体状况不佳，都将无法胜任现场施工工作，给自身、周边人员及设备带来安全威胁。施工设备风险因素有掘进机损坏、备件短缺及检修不及时或过度使用带来的堵转、卡转等，还包括在错误的地点安装设备等引发的各类施工事故。

2.1.3 施工管理及施工组织

施工管理及施工组织风险因素多数属于人为方面的问题，受工程管理者或施工指挥人员的主观影响较大，例如施工管理没有规范和严谨的流程，仅凭经验施工，施工组织松散、制度缺失、存在漏洞，施工安全风险考虑不周，都将给隧道的施工带来潜在的事故隐患。

2.1.4 气象、水文及自然环境

施工地点的气象环境包括雷雨、大风及可能引发的自然灾害，如山体滑坡、泥石流等。水文主要是岩体的渗透性、富水量，以及地下水流量、流速、水压、水位等，还包括水的冲刷力、腐蚀性和补给来源等。自然环境如施工区域附近的建筑物、管线设施、障碍物及其他废弃物等。这些气象、水文及自然环境都有可能给隧道施工带来一定影响或危及人员、设备的安全。

2.2 控制对策

2.2.1 施工设计及施工工艺

在施工设计环节应仔细根据现场地质结构的勘测数据进行分析，充分考虑到可能存在的施工风险因素，并提前在设计方案中标注清晰。将设计文件中的具体措施逐条与最新的施工规范标准进行对比，查找问题疏漏项。施工前的材料及工艺试验环节应逐项按照流程进行，确保施工工艺能够满足隧道工程的质量要求，杜绝由施工设计或施工工艺问题而导致的各类事故发生，施工前各单位都应制定详细的安全风险控制措施。

2.2.2 施工人员及施工设备

提高施工人员的责任意识和安全意识，特别是对隧道施工环境中危险的洞察能力和判断能力，提高施工人员的综合技术实力，尤其是各类施工通用设备的使用、检修和日常维护，包括设备简单故障的排查和处理能力。各种施工机械设备应定期进行质量检验，保证设备处于最佳的运行状态，施工前和施工过程中都应随时观察设备的运转情况，及时做好人员及设备的安全防护措施。

2.2.3 施工管理及施工组织

细化施工管理制度，规范施工组织流程，简化施工中不必要的烦琐流程，将工作重点放在施工质量、工期进度和安全保障等方面，强调对人员、设备、材料的协调管理，施工管理制度应具体落实到人，避免出现管理制度盲区。优化施工组织流程，确保各施工工序都能顺利衔接，施工组织流程中需设有风险排查组或安全保障组，专门从事隧道施工的安全管理和事故处置工作，并负责编写隧道施工事故预案及处置措施。

2.2.4 气象、水文及自然环境

详细了解施工期各时间段的现场天气情况，避免在极端天气情况下施工，应做好相应的防雨、防冻等措施。对经常发生山体滑坡或泥石流的施工段，应提前做出高危预警，施工前再次确认各项支护措施是否稳妥、可靠。山区隧道施工时应随时留意山体碎石的滑落，对频繁出现大量碎石滑落的情况应格外重视，及时停止施工并疏散人员撤离，避免山体滑坡引发的各类施工事故，待危险情况消失再次对围岩进行加固，确认安全后方可施工。

3 结束语

隧道施工过程中的风险因素众多，本文重点讨论了这些风险因素并进行合理区分，可避免制定安全措施时发生死角和遗漏，使风险的控制策略更为全面、有的放矢，对隧道施工安全意义重大。

参 考 文 献

[1]桂志敬，吴忠广，严琼，等.公路隧道施工安全风险评估方法优化研究[J].中国安全生产科学技术，2018（9）：136-143.

[2]蔡猛农.山区隧道施工风险分析及控制方案研究[J].西部交通科技，2019（3）：103-105.

[3]马中新.公路隧道工程施工安全风险控制方法及应用[J].工程技术研究，2019（12）：139-140.