分析隧道施工塌方風險評估與控制措施

范 波 王雪玲

(四川汶馬高速公路有限責任公司，610031)

分析隧道施工塌方風險評估與控制措施

范 波 王雪玲

(四川汶馬高速公路有限責任公司，610031)

針對隧道施工過程中，施工塌方風的評估和控制進行分析。首先提出隧道施工塌方風險評估方法，主要包括層次分析法和模糊綜合評價法。其次闡述了隧道施工風險源識別以及風險分析，最后結(jié)合實際案例闡述了如何預防隧道施工過程中的塌方問題。

隧道施工；塌方風險；風險評估

為了提前預防隧道施工塌方，對隧道設計進行優(yōu)化，以某隧道施工風險為例，對隧道初期的支護做出安全性分析，并明確了造成隧道風險因素。結(jié)合隧道施工過程中的地質(zhì)情況采用不同分析法對風險進行評估，根據(jù)評估結(jié)果，制定完善的隧道施工方案。

1 隧道施工塌方風險評估方法

當下，對隧道施工技術風險進行評估的方法主要有德爾菲法、故障樹分析法、模糊綜合評價法等。主要對層次分析法和模糊綜合評價法兩種理論工具進行風險評估。

1.1 層次分析法

層次分析法是美國運籌學家（T.L.Saaty）在20世紀70年代初，針對美國國防部“根據(jù)各個工業(yè)部門對國家福利的貢獻大小而進行電力分配”課題研究時提出的。這種方法存在的特點對復雜決策問題的本質(zhì)和影響因素進行深入分析，并利用較少的定量信息使決策數(shù)字化，進而為多個目標、多個原則或者無結(jié)構(gòu)特性具備的復雜性決策問題提共較為簡便的決策方法。

層次分析法分析的步驟如下。（1）建立復雜決策問題層次結(jié)構(gòu)模型；（2）進行構(gòu)造判斷（成對比較）矩陣；（3）進行層次單排序和一致性的檢驗；（4）進行層次總排序以及一致性進行檢驗[1]。因為對隧道施工技術風險進行評估的過程中，存在著較多的影響因素，并且有較多不宜量化的風險因素。因此，為了對隧道施工技術風險進行有效評估，可以將層次分析法應用到隧道施工技術風險評估中去。

1.2 模糊綜合評價法

模糊綜合評價法屬于一種模糊數(shù)學的綜合評價法。這種綜合評價法需要結(jié)合數(shù)學隸屬度理論，把定性評價進行轉(zhuǎn)化，使其成為定量評價。也就是通過模糊數(shù)學對受到多種制約事物和對象作出一個總體評價。其結(jié)果較為清晰、系統(tǒng)性較強，能夠?qū)σ恍┹^好的、難以解決的量化問題進行處理。

2 隧道施工風險源識別以及風險分析

隧道施工安全控制的基本思想主要是對現(xiàn)場相關的所有風險源進行識別，對重大風險源進行評價，并以此作為基礎，制定具有一定針對性的控制措施和管理方案，明確建立風險源的識別、分析、評價和控制等之間的聯(lián)系，進而使主動系統(tǒng)的事故預防思想得到充分體現(xiàn)。

隧道施工過程中存在的風險主要是來自于巖層的性狀和地下水帶來的影響，結(jié)合某隧道的施工狀況，對施工地區(qū)的地質(zhì)資料進行分析，發(fā)現(xiàn)其地下水較為缺乏，并且在施工期間屬于枯水期，因此可以不對突出水泥的影響進行考慮。其在施工方法上也存在著潛在的風險，但只要施工方法得當，施工程序較為科學，就會在一定程度上降低施工中存在的風險。另外，防排風地標建筑物等均對本工程具有較小的影響，基于對風險的認識和對這一隧道工程的全面考慮，將過斷層破碎圍巖作為這一工程的重大風險源。

3 案例分析

3.1 工程地質(zhì)條件

某隧道屬于小凈距12m，從隧道左線起里程是K17+825～K18+245，左邊的動長是420m，從右線起，里程是K17+825～K18+241，其里程是416m。隧道建筑內(nèi)的輪廓使用的是三心圓形，其中最大的是17m長，開挖的面積是160m2。出口處深埋了13-22m，圍巖級別是V級。隧道的軸線和山體的走向?qū)儆谛苯?，山體對洞口形成了偏壓。圍巖主要是輕壓粘土、砂質(zhì)粘土和中粒砂粘土等組成。其中的粘土等級屬于級軟巖和軟巖。隧道的走向接近直角，但其的巖傾角較小，并且屬于板巖，對巖體所具備的穩(wěn)定性有著較大的影響。巖體因為構(gòu)造的影響較重，節(jié)理裂隙的發(fā)育同樣受到構(gòu)造、巖性以及產(chǎn)狀以及風化作用的影響，因此隧道拱部的巖體極易坍塌，隧道的側(cè)壁也有可能出現(xiàn)局部的坍塌。隧道隧址區(qū)抗震設防的基本烈度是Ⅷ度，地震峰值加速是0.2g[2]。初期支護所采用的是噴、錨和網(wǎng)等手段，或者采用型鋼拱架進行支護，并在背后實施一定的補強注漿加固。

3.2 隧道施工過程模擬分析

某隧道圍巖的級別是V級，其特點是小凈距、大斷面、淺埋、深挖等。施工過程中相鄰的索道之間相互影響，如果施工的方法不夠科學，就很容易導致塌方。為了避免圍巖的變形，降低沉降，就要采用雙臂導坑法進行施工，這種方法采用的施工工序十分復雜，施作的初期支護以及拆除臨時支撐可能對結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性帶來重要影響。以下是對不同工況進行的數(shù)值模擬計算，進而確定隧道施工過程中，初期支護時的薄弱環(huán)節(jié)以及科學合理的施工工序和施工時機。

3.2.1 計算方法的選取

針對以上例子，采取荷載結(jié)構(gòu)法進行計算，根據(jù)《公路隧道設計規(guī)范》中對荷載承擔比例的建議值，進行隧道初期支護安全系數(shù)的計算。

3.2.2 計算工況

采用荷載結(jié)構(gòu)法進行計算的過程中，對初期支護閉合、無臨時支撐、合開挖兩導洞、初期支護閉合拆掉臨時支撐等施工工況進行著重分析，對中荷載分擔比例進行計算。

3.2.3 計算結(jié)果

結(jié)合以上參數(shù)，分別對初期支護臨時支撐進行拆除，對前后不封閉等工況進行結(jié)構(gòu)的受力計算，其計算結(jié)果如下表1所示：

表1 計算結(jié)果對比

3.3 風險控制措施

結(jié)合以上內(nèi)容，對隧道初期支護安全系數(shù)計算和塌方風險的重要性進行排序。在施工階段可以采取以下控制措施。（1）實施隧道施工超前支護應當及時到位，并且按照設計進行施工，對中間圍巖進行開挖的過程中，需要及時的封閉初期支護。（2）雖然對大跨度和軟弱破碎公路索道中，采用雙側(cè)壁導坑法對地中和地表下沉方面控制比其他施工方法好。但是因為施工工序較多，每個工序之間均較為連貫，導坑的開發(fā)不能比中間的圍巖開挖超前過多，超前的距離一般被控制在3倍洞徑內(nèi)。（3）因為地下工程具有一定的不確定性，圍巖的變化較為復雜，需要對前方不良地質(zhì)情況進行適當?shù)奶綔y，如果地質(zhì)條件和勘測資料不相符合，就應當對支護參數(shù)進行及時修改。（4）當臨時支撐被拆除后，需要及時的進行二襯，在實際施工過程中，對其進行監(jiān)控量測，進而實現(xiàn)適時預警。（5）如果隧洞中間的圍巖超過了二襯的1.5倍洞涇，并且當臨時支撐拆除后，應當進行二襯的及時施作。（6）進行爆破的控制，將炮孔的位置、裝藥的方式以及裝藥的質(zhì)量等均進行科學優(yōu)化，進而減少對圍巖的擾動。（7）針對一些小間距隧道，對中間的兩個導洞進行施工，施工過程中錯開一定的距離，從而避免其之間產(chǎn)生相互影響[3]。

結(jié)束語：

總之，為了預防防止隧道施工過程中發(fā)生塌方風險，需要和隧道安全系數(shù)進行結(jié)合。對初期支護進行及時封閉，然后施作二襯。根據(jù)專家調(diào)查結(jié)果。對隧道施工風險進行有效評估。根據(jù)評估結(jié)果，完善施工方案，并進行及時的預測和預警，從而減少安全事故的發(fā)生。

[1]周宗青,李術才,李利平,隋斌,石少帥,張乾青.淺埋隧道塌方地質(zhì)災害成因及風險控制[J].巖土力學,2013,05:1375-1382.

[2]曹文貴,翟友成,王江營,張永杰.山嶺隧道塌方風險的集對分析方法[J].中國公路學報,2012,02:90-99.

[3]張勝,陳修和,汪波,王飛.明堂山隧道塌方風險評估及控制措施建議[J].地下空間與工程學報,2012,S1:1567-1570-1620.

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1007-6344（2016）02-0219-01