摘要：對隧道施工中存在地質(zhì)災(zāi)害，慣性事故等進(jìn)行了探討和分析，提出了各種潛在施工隱患的預(yù)測預(yù)報方法，以及規(guī)避這些潛在風(fēng)險的安全技術(shù)。將施工中的風(fēng)險預(yù)測與規(guī)避風(fēng)險的技術(shù)相結(jié)合，用安全技術(shù)保障隧道的施工安全，俱同行參考。

　　關(guān)鍵詞： 隧道,風(fēng)險,預(yù)測管理安全技術(shù)

　　1 引言

　　由于不確定因素給隧道施工帶來很多的不安全因素，一方面需要搞好安全管理，如加強(qiáng)安全教育，強(qiáng)化安全意識，落實(shí)安全責(zé)任制等，另一方面要切實(shí)強(qiáng)化隧道施工中的安全技術(shù)，加強(qiáng)風(fēng)險預(yù)測與規(guī)避機(jī)制，而這方面又常常是隧道施工組設(shè)置管理的薄弱環(huán)節(jié)。

　　2 常見不良地質(zhì)條件的風(fēng)險預(yù)測及規(guī)避對策

　　2.1 淺埋隧道

　　地表覆蓋層活度小于隧道跨度時，即覆跨化比小于1時，為淺埋隧道。淺埋躲在隧道洞口位置，但也有在洞身位置和全隧為淺埋隧道。

　　2.1.1 風(fēng)險預(yù)測

　　隧道施工易引起地面下沉、開裂，造成地面建筑物變形、破壞等。

　　2.1.2 規(guī)避對策

　　(1)采用分部開挖方法。單線隧道微臺階或短臺階，雙線隧道采用眼鏡法。CD法或CRD法施工。

　　(2)開挖前先施工超前錨桿或超前管棚。當(dāng)?shù)刭|(zhì)情況較差。圍巖破碎時應(yīng)先進(jìn)行地表注漿。

　　(3)采用控制爆破技術(shù)，將爆破振動速度控制在規(guī)定的允許值之內(nèi)。

　　(4)加強(qiáng)隧道開挖后得支護(hù)，視隧道圍巖情況，采用系統(tǒng)錨桿。掛鋼筋網(wǎng)然后噴混凝土。或采用鋼格柵支護(hù)，圍巖強(qiáng)度較差時，施做10-15cm厚的混凝土支護(hù)。

　　(5)加強(qiáng)施工監(jiān)測。①地表沉降量的監(jiān)測;②地表建筑物情況監(jiān)測;③爆破震動監(jiān)測;④圍巖收斂變形量測;⑤施工支護(hù)應(yīng)力監(jiān)測。

　　2.2 洞口順層滑坡

　　2.2.1 風(fēng)險預(yù)測

　　(1)滑坡上緣裂縫或錯落距增大，不連續(xù)的裂縫貫通。

　　(2)地面變形速度明顯加快。

　　(3)地面構(gòu)筑物或建筑物等移位、變形，樹木歪斜，池塘、水田泄漏。

　　(4)滲出水變渾濁，開挖面巖層出水冒泥。

　　(5)裂縫處有響聲。

　　2.2.25 規(guī)避對策

　　(1)順層滑坡施工宜安排在旱季施工。在滑坡體上設(shè)置樁點(diǎn)，觀測滑體變化動態(tài)。

　　(2)做好滑坡體內(nèi)、外的排水工程。

　　(3)對滑坡體進(jìn)行預(yù)加固，設(shè)置抗滑樁、錨索樁或樁間擋土墻等。

　　(4)開挖前，先施做30-50m的超前長管棚，并進(jìn)行注漿，填塞滑坡體內(nèi)的裂縫。

　　(5)施工中密切檢測拱頂、邊墻和支護(hù)的變形情況，發(fā)現(xiàn)新的裂紋或異狀時，要及時加強(qiáng)臨時支護(hù)。

　　2.3 斷層破碎帶

　　2.3.1 風(fēng)險預(yù)測

　　(1)采用地質(zhì)雷達(dá)超前預(yù)測、預(yù)報。

　　(2)當(dāng)隧道設(shè)平行導(dǎo)坑時，平導(dǎo)掘進(jìn)超前隧洞一定距離，以了解掌握斷層破碎帶地質(zhì)情況。

　　(3)洞內(nèi)超前鉆探預(yù)報。即在開挖工作面采用水平鉆機(jī)向隧道前方打超前鉆孔探測。

　　2.3.2 規(guī)避對策

　　(1)開挖前先施工超前錨桿或超前管棚等對圍巖進(jìn)行預(yù)加固。圍巖破碎時應(yīng)先經(jīng)行預(yù)注漿，改良圍巖。

　　(2)開挖后的施工支護(hù)應(yīng)加強(qiáng)，視斷層的圍巖破碎情況，采用系統(tǒng)錨桿、掛鋼筋網(wǎng)然后噴混凝土，或采用鋼架(或格柵鋼架)支護(hù)。

　　(3)按設(shè)計進(jìn)行永久性混凝土襯砌支護(hù);或采用鋼筋混凝土襯砌支護(hù);以及增加襯砌混凝土厚度，提高襯砌混凝土強(qiáng)度等級。

　　(4)襯砌后及早壓漿。

　　2.4 洞外危崖落石

　　2.4.1 風(fēng)險預(yù)測

　　(1)地形地貌多為深切的V形或U形河谷山坡，上部徒崖或倒懸危崖。

　　(2)地形陡峻，山坡凹凸不平，裂縫節(jié)理發(fā)育，巖石破碎，易形成落石。

　　(3)地表水及地下水活動，使巖層裂縫充水，破壞巖體節(jié)構(gòu)。

　　2.4.2 規(guī)避對策

　　(1)施工前，檢查洞頂坡面，有無松動巖石，自上而下，分段清除松浮易動的石塊。

　　(2)做好防排水，地表水截水引排。填塞巖石縫隙，以防地表水滲入巖層內(nèi)部，引起落石。

　　(3)攔截危石，在洞頂上方修建攔石網(wǎng)、攔石墻。

　　(4)將洞頂邊坡刷方，并改造地形，不使坡面有危石出現(xiàn)。

　　(5)密切觀察山坡裂縫，當(dāng)危崖上有脫縫或裂縫發(fā)展時，要立即停工，待檢查、處理后再施工。

　　3 常見地質(zhì)災(zāi)害的風(fēng)險預(yù)測及規(guī)避對策

　　3.1 巖爆

　　3.1.1 風(fēng)險預(yù)測

　　3.1.1風(fēng)險預(yù)測

　　(1)巖體準(zhǔn)強(qiáng)度評價法

　　σt =σc(Vpm/Vpd)2

　　式中：σt——巖體準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度，Mpa;

　　σc——巖體單軸抗壓強(qiáng)度，MPa;

　　Vpm—巖體(現(xiàn)場)縱波傳播速度，m/s;

　　Vpd——巖石(室內(nèi))縱波傳播速度，m/s。

　　當(dāng)σt≥80Mpa時，可能發(fā)生嚴(yán)重巖爆。

　　(2)地應(yīng)力測試法

　　以周邊最大切向應(yīng)力σ0與巖體抗壓強(qiáng)度σc推斷，即用兩者比來推斷。當(dāng)d=σc/σ0﹤2.5時發(fā)生強(qiáng)巖爆。

　　(3)山體自重應(yīng)力推算巖爆的臨界深度

　　自重應(yīng)力σ1=γΗ

　　臨界深度Ηc=ΚjσC[3 - µ/(1 - µ)] γ

　　σh=µγΗ/(1 - µ)

　　µ為泊松比：Kj為系數(shù)，據(jù)圍巖表面應(yīng)力狀態(tài)而定，Kj =0.19,0.29,0.38,0.40……(4)挪威分類

　　①當(dāng)σc/σ1=5 ~ 2.5 或σt/σ1 = 0.33 ~ 0.16時，為輕微巖爆;

　　②σc/σ1<2.5 或σt/σ1 <0.16時，為強(qiáng)烈?guī)r爆。其中σt、σc、σ1分別為巖體準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度、巖體單軸抗壓強(qiáng)度、最大主應(yīng)力。

　　3.1.2 規(guī)避對策

　　(1)巖爆多發(fā)生在埋藏很深、整體、干燥和地質(zhì)堅硬的巖層中，當(dāng)設(shè)計文件有該類地質(zhì)時，應(yīng)提前防衛(wèi)。

　　(2)巖爆多發(fā)生在新開挖工作面及其附近，以頂部以供腰部位為多，這些地方是防范巖爆傷人的重點(diǎn)部位。

　　(3)超前釋放孔。在掌子面自供部質(zhì)變強(qiáng)大超前釋放孔。

　　(4)超前周邊預(yù)裂爆破松弛。采用松動爆破、超前鉆孔預(yù)爆法，先期將巖層的原始應(yīng)力釋放一些，以減少巖爆發(fā)生的可能性或避免大的危險。

　　(5)巖面噴灑水濕潤。即向開挖的巖石表面噴射高壓水沖洗，預(yù)先釋放部分能量。

　　(6)錨桿掛網(wǎng)，爆破開挖后及時向拱頂及邊墻噴射混凝土，假設(shè)錨桿和鋼筋網(wǎng)，減少巖層暴露時間和巖爆發(fā)生的次數(shù)。

　　(7)即使清撬。巖爆發(fā)生時，有的石塊暫不落地，呈搖搖欲墜之勢，要即時清撬。

　　(8)增加防護(hù)剛棚。巖爆發(fā)生范圍內(nèi)的機(jī)械設(shè)備要增加防護(hù)鋼棚，工作人員要佩戴鋼盔即防彈背心。

　　(9)巖爆高發(fā)期，即有片石彈射狀。爆炸拋擲狀的強(qiáng)烈?guī)r爆發(fā)生時，機(jī)械設(shè)備及人員要撤出巖爆區(qū)域，躲避巖爆。

　　3.2 巖溶

　　3.2.1 風(fēng)險預(yù)測

　　當(dāng)隧道穿越可溶性的巖層時，則可能與有巖溶。

　　(1) 洞內(nèi)超前預(yù)報。采用TSP202地質(zhì)雷達(dá)預(yù)測預(yù)報系統(tǒng)。

　　(2) 隧道為淺埋時，可進(jìn)行地表鉆孔，探測隨到前方是否有溶洞。

　　(3) 當(dāng)隧道設(shè)平行導(dǎo)坑時，平行導(dǎo)坑掘進(jìn)超前隧洞一定距離，以了解掌握地質(zhì)情況，分析巖溶存在的可能性。

　　(4) 洞內(nèi)超前鉆探預(yù)報。即在開挖工作面采用水平鉆機(jī)向隧道前方打超前鉆孔。

　　3.2.2 規(guī)避對策

　　(1)小型溶洞的處理

　　①堵塞。位于隧道底部位置的小溶洞，采用換填片石、干砌片石。漿砌片石回填壓實(shí)，或采用隧道底板梁通過。

　　②位于隧道邊墻位置的小溶洞，采用漿砌片石封堵，加強(qiáng)混凝土襯砌封閉。

　　③供部以上溶洞，視溶洞的巖石破碎程度，采用噴錨支護(hù)加固，加設(shè)護(hù)供防護(hù)，拱頂回填漿砌片石或干砌片石壓漿固結(jié)。

　　(2)規(guī)模較大溶洞處理

　　①跨越。簡支梁跨越;棧橋跨越;拱橋跨越;邊墻拱跨越;整體浮放支托跨越。

　　②支頂加固。支撐墻加固;支承柱加固;拱橋支頂加固;挖孔樁支頂加固。

　　(3)巖溶隧道施工。巖溶隧道開挖同軟弱圍巖相似，管棚注漿綜合預(yù)加固，微震爆破，強(qiáng)化初期支護(hù)。單線隧道微臺階或短臺階，雙線隧道眼鏡法、CD法或CRD法施工。

　　3.3 突涌水

　　3.3.1 風(fēng)險預(yù)測

　　(1)超前探孔。用風(fēng)槍或鉆孔太車進(jìn)行鉆孔，鉆孔長度為5m以上。

　　(2)采用地質(zhì)雷達(dá)監(jiān)測。

　　3.3.2 規(guī)避對策

　　(1)引排水。查明溶洞或暗河水源流向及其與隧道位置關(guān)系，用涵洞、暗管、暗溝、泄水洞、開鑿引水槽、鋪砌排水溝等。

　　(2)堵水。溶洞或暗河的流水量不大，有其他出口或有分支，采用注漿堵水。

　　(3)隧道反坡排水。利用抽水機(jī)配以管道排水，分段設(shè)置固定泵站和集水井。固定泵站與開挖面之間設(shè)制臨時移動泵站，用潛水泵抽水質(zhì)固定泵站的集水井。

　　4 常見有害氣體、高溫的風(fēng)險預(yù)測及規(guī)避對策

　　隧道施工中常見的有害氣體多為無毒但可以燃燒核爆炸的瓦斯及天然氣，有毒的硫化氫氣體等。隧道高溫則是隧道較長、埋深較深的產(chǎn)生的比正常高的溫度。

　　4.1 瓦斯及可燃?xì)怏w

　　4.1.1 風(fēng)險預(yù)測

　　(1)用儀器快速檢測是否含有瓦斯及瓦斯?jié)舛取?/p>

　　(2)瓦斯突出危險性預(yù)測 通常用鉆屑指標(biāo)法，即通過鉆粉量的變化判定突出危險性，用煤粉倍率表示：

　　(3)作業(yè)環(huán)境瓦斯容許濃度

　　①攜帶式測量儀表使用地點(diǎn)為<1.0%;

　　②普通光電測距儀工作范圍為<1.0%;

　　③鉆眼作業(yè)處20m以內(nèi)風(fēng)流中為<1.0%;

　　④焊接防水板作業(yè)過程中為<0.5%;

　　⑤電動機(jī)及開關(guān)附近10m內(nèi)為≤0.5%;

　　⑥洞內(nèi)局扇吸入端風(fēng)流中為≤0.5%;

　　⑦放炮后15min開挖工作面為<1.0%;

　　⑧停風(fēng)區(qū)為≤1.0%;

　　4.1.2 規(guī)避對策

　　(1)隧道內(nèi)所有的固定、移動設(shè)備、電氣開關(guān)、照明裝置均采用防爆型。

　　(2)瓦斯隧道內(nèi)，不得有明火作業(yè)，洞內(nèi)、洞口嚴(yán)禁吸煙，進(jìn)洞人員穿棉制品。

　　(3)瓦斯突出防止。①鉆孔排放;②水利沖孔;③震動性放炮滲出;④深孔松動爆破;⑤巖層或煤層注水。

　　(4)瓦斯排放。①瓦斯引排;②抽放瓦斯;③自然排放。

　　(5)封堵瓦斯。①注水泥漿和其它材料，堵塞巖層或煤層裂隙，組織瓦斯?jié)B入。②及時對開挖面進(jìn)行混凝土封閉。③盡快進(jìn)行封閉襯砌。襯砌宜采用氣密性混凝土。

　　(6)揭煤施工。當(dāng)煤層厚度大于0.3m，有瓦斯突出危險性時，必須進(jìn)行揭煤施工。①揭媒前先進(jìn)行超前鉆孔，探測煤層的層位、傾角、厚度、巖性，地質(zhì)構(gòu)造等情況;②預(yù)測孔。在掘進(jìn)工作面距煤層適當(dāng)距離時，至少打兩個穿透煤層全厚的預(yù)測孔，預(yù)測有無瓦斯突出危險性;③檢查孔。瓦斯排放后，打兩個與預(yù)測孔相同的檢驗(yàn)孔，檢查瓦斯排放情況。④揭煤施工采用震動放炮一次揭開煤層。不能一次揭開煤層全厚時，對剩余部分，采取防突措施。⑤揭煤后，及時施做金屬骨架支護(hù)，防止冒頂。

　　(7)加強(qiáng)通風(fēng)和瓦斯檢測。

　　4.2 硫化氫氣體

　　4.2.1風(fēng)險預(yù)測

　　(1)嗅覺判別。硫化氫氣體有難聞的腐卵臭位(俗稱臭雞蛋味)。

　　(2)儀器檢測法。可快速檢測是否含有硫化氫氣體及濃度。

　　(3)空氣中硫化氫氣體的容許濃度：

　　我國國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為10mg/m3;美國為22.510mg/m3。

　　4.2.2規(guī)避對策

　　(1)隧道內(nèi)施工人員配戴防毒面具，防毒劑由干木炭、碳酸氫鈉組成。

　　(2)隧道內(nèi)噴灑碳酸氫鈉溶液，使有毒氣體分解為無毒氣體。

　　(3)及時對開挖面進(jìn)行噴混凝土封閉，減少或堵塞硫化氫氣體的滲入。

　　(4)加強(qiáng)隧道的通風(fēng)，稀釋硫化氫氣體的含量。

　　(5)加強(qiáng)硫化氫氣體的檢測。

　　(6)對硫化氫氣體涌入大量較大的地段，盡快進(jìn)行封閉襯砌，襯砌宜采用氣密性混凝土。

　　4.3 高溫

　　4.3.1風(fēng)險預(yù)測

　　(1)超前鉆孔測溫。

　　(2)洞內(nèi)溫度跟蹤監(jiān)測。

　　4.3.2規(guī)避對策

　　(1)加強(qiáng)隧道內(nèi)的通風(fēng)。

　　(2)洞內(nèi)爆破作業(yè)。①裝藥前測定工作面和孔底溫度;②距離工作面10m內(nèi)要灑水降溫;③炸藥與孔壁不直接接觸，須用石棉織物或其它絕熱材料嚴(yán)密包裝;④裝藥至起爆時間不超過1h。⑤巖體溫度達(dá)到60℃以上時，采用耐高溫的爆破器材。

　　(3)洞內(nèi)設(shè)置降溫的冷卻站。采用噴霧灑水降溫。

　　5 隧道施工中常見慣性事故的風(fēng)險預(yù)測及規(guī)避對策

　　隧道施工中常見的慣性事故多為隧道坍塌、爆破作業(yè)、施工用電安全以及爆破后危石傷人等。

　　5.1隧道塌方

　　5.1.1風(fēng)險預(yù)測

　　(1)在碎裂結(jié)構(gòu)地層中，巖塊間相互擠壓，開挖后失穩(wěn)，局部塊石坍塌。

　　(2)噴層大量開裂，噴混凝土質(zhì)量、厚度未達(dá)到設(shè)計要求。

　　(3)薄層巖體在構(gòu)造運(yùn)動作用下，形成小褶曲、錯動，巖層層狀劈裂，層理、節(jié)理縫或裂隙變大、張開。

　　(4)巖層軟弱相間或有軟弱夾層，有地下水作用，軟弱面強(qiáng)度降低或軟弱層泥質(zhì)充填物較多。

　　(5)隧道穿越斷層或各種堆積體，開挖后，容易引起坍塌。

　　(6)由于地下水的浸泡、軟化等作用，加劇巖體的失穩(wěn)而坍塌。

　　(7)洞內(nèi)圍巖變形異常，變形速度加大。

　　5.1.2規(guī)避對策

　　(1)采用圍巖“預(yù)加固”技術(shù)，即通過打超前管棚，預(yù)注漿加固圍巖，提高圍巖的性能指標(biāo)。或者采用旋噴拱或預(yù)切槽，減少圍巖變形。

　　(2)做好排水。在施工前或施工中，均應(yīng)采取可行的防排水措施，盡可能將地表水引排，不滲入隧道中。

　　(3)選擇正確的開挖方法。采用臺階法、短臺階法、中壁法、眼鏡法等技術(shù)進(jìn)行隧道開挖。

　　(4)加強(qiáng)初期支護(hù)。①增加噴射混凝土的厚度;②加密加長錨桿;③增設(shè)鋼筋網(wǎng)或使用噴射鋼纖維混凝土;④采用或者加密鋼架。

　　(5)加強(qiáng)圍巖量測。發(fā)現(xiàn)圍巖變形或異常情況，及時采取緊急措施處理。①按設(shè)計進(jìn)行永久性混凝土襯砌支護(hù);②采用鋼筋混凝土襯砌;③增加襯砌混凝土厚度;④改變襯砌斷面形式(如直墻變曲墻等);⑤提高襯砌混凝土強(qiáng)度等級。

　　5.2爆破事故

　　5.2.1風(fēng)險預(yù)測

　　(1)爆破器材受潮或失效。

　　(2)起爆方法不正確。

　　(3)爆破網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接不正確。

　　(4)瓦斯隧道采用常規(guī)爆破作業(yè)方法。

　　5.2.2規(guī)避對策

　　(1)選用安全的爆破器材。

　　(2)采用微差爆破。

　　(3)在瓦斯隧道內(nèi)采用電力起爆，使用防爆型起爆器作為起爆電源。微差爆破的總延時控制在130ms內(nèi)。使瓦斯不及泄出即爆破完畢。

　　(4)盲炮處理。①距盲炮炮口間距不小于30cm處，另打平行炮眼重新裝藥爆破;②用木制或竹制工具，將盲炮炮眼的大部分填塞物掏出，用聚能藥包起爆;③若起爆網(wǎng)路喲未受破壞，導(dǎo)爆索活導(dǎo)爆管正常，仍能起爆者，可連線起爆;④所用炸藥為非抗水內(nèi)炸藥，向孔內(nèi)灌水，是炸藥失效;⑤當(dāng)電力起爆發(fā)生盲炮時，須立即切斷電源，將爆破網(wǎng)路短路。

　　5.3施工用電事故

　　5.3.1風(fēng)險預(yù)測

　　(1)電壓突然降低。

　　(2)電壓忽高忽低，不穩(wěn)定。

　　(3)電氣設(shè)備不能正常工作。

　　(4)用電常見的事故為漏電、短路、觸電等，發(fā)生率較高，危害較嚴(yán)重。

　　5.3.2規(guī)避對策

　　(1)編制零時用電方案，確定變壓器容量、導(dǎo)線截面和電器開關(guān)類型等。

　　(2)采用“三相五線制”線路及兩級保護(hù)系統(tǒng)，或?qū)恿€路與照明線路分設(shè)。

　　(3)電力線路與建筑物的距離要符合最小安全距離規(guī)定。

　　(4)變配電場所及自備發(fā)電機(jī)要按規(guī)范要求做好安全防護(hù)及接地、防雷防護(hù)。

　　(5)機(jī)電設(shè)備安裝漏電保護(hù)器，或接零保護(hù)。

　　(6)施工用電安裝、維修和拆除等由專業(yè)電工完成，并與用電技術(shù)復(fù)雜程度相適應(yīng)。

　　5.4危石

　　5.4.1風(fēng)險預(yù)測

　　(1)隧道穿越斷層或破碎帶，開挖后，易形成危石。

　　(2)爆破作業(yè)不當(dāng)，裝藥量過大。

　　(3)處理危石不當(dāng)，引起墜落，可牽動巖層坍塌。

　　5.4.2規(guī)避對策

　　(1)每次炮后清撬巖層表面局部松動的塊石。

　　(2)施作徑向錨桿，進(jìn)行圍巖巖層加固。

　　(3)及時噴射混凝土封閉。避免巖層暴露時間過久，引起圍巖松動、風(fēng)化。

　　6結(jié)束語

　　切實(shí)提高隧道施工安全水平，既要靠管理，又要靠科技，安全技術(shù)能為隧道施工順利進(jìn)行保駕護(hù)航。針對不同條件的隧道施工，應(yīng)建立施工安全風(fēng)險預(yù)測機(jī)制，做到心中有數(shù)，與問題預(yù)案，一旦發(fā)生，即可迅速采取相應(yīng)措施。我們在隧道施工中，就是根據(jù)不同施工階段，不同隧道特點(diǎn)，及時提出可能發(fā)生的問題即應(yīng)采取的措施，使管理干部、施工人員能夠提前警醒，引起重視，有效地保證了隧道施工安全。