山区高速公路特长隧道施工风险评估及安全控制措施研究

姚伟

摘 要：本文以某中部山区高速公路特长隧道为工程实例，综合运用风险矩阵法、指标体系及专家调查法对该隧道施工风险进行分析，在此基础上制定针对特长公路隧道施工的风险控制措施，为该项目安全施工提供科学指导，同时期望为类似隧道工程的施工安全风险控制提供参考。

关键词：山区高速；特长隧道；施工；风险评估；安全控制

中图分类号：U455.1 文獻标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）05-0122-02

0 引言

近年来随着高速公路建设的迅速发展，作为高速公路主体工程之一的隧道工程建设规模逐渐增大。同时，隧道施工安全问题日益突出，尤其是山区高速公路特长隧道，曾经发生多起隧道坍塌、涌水突泥、洞口失稳等事故。在特长隧道工程中，存在多种因素影响其施工安全，本文依据交通部2011年颁布实施的《公路桥梁和隧道工程施工安全风险评估指南（试行）》（以下简称《指南》）相关要求，结合施工图设计文件、施工组织文件等，综合运用风险矩阵法、指标体系及专家调查法，以某中部山区高速公路特长隧道施工为实例，进行风险的全面分析。

1 工程概况

1.1 工程地质条件

某特长高速公路隧道位于中部山区，地属伏牛山系，横跨黄河长江分水岭。海拔高程在850～1500m，山势陡峭，河谷纵横，进口交通条件较差，出口交通条件较好。隧道左线起讫桩号ZK82+408～ZK91+569，全长9161m，右线起讫桩号K82+363～K91+546，全长9183m。隧道共设置车行横通道11处，洞内变电所2处，人行横通道23处。分别设置通风、送风、排风斜井各1，施工时做为施工辅助通道使用，后期用于运营通风。

隧道区属于中高山陡坡地貌，地势起伏较大，隧道小里程端低，大里程高，坡面植被茂盛。地面标高介于806～1670m，相对高差约864m。隧道进口段地形均较缓，坡角约30°，出口段地形也较缓，坡角约25～30°。左线最大埋深751.68米，右线最大埋深769.76米。根据地质钻探揭露、工程地质调绘和土工试验，隧道区分布的地层为第四系全新统冲洪积物（Q4al+pl），下元古界宽坪组（Pt1k1）石英片岩，以及中生代燕山期（γ53）花岗岩。根据隧道进出口露头测量统计，隧址区隧道围岩发育有三组节理：（1）组产状50°∠60°，1～3条/m；（2）组产状225°∠74°，7～8条/m；（3）组产状125°∠38°，5-10条/m；节理呈张开～闭合状，地形陡峭处，由于卸荷作用，节理呈张开状。

隧址区地下水主要为基岩裂隙水。主要赋存于全风化～强风化基岩节理裂隙内的地下水，富水量大小分布很不均匀，主要受大气降水、岩层节理裂隙发育程度和地形地貌等诸多因素影响，总体富水性较弱。大气降水为地下水的主要补给来源，风化及节理裂隙、张开～微张，为地下水渗入径流提供了通道，以大气蒸发泉水或侧向渗流形式向河谷排泄，勘察期间孔内未见地下水分布。

1.2 隧道设计参数

隧道内轮廓采用拱部为单心半圆，侧墙为大半径圆弧的单曲墙式衬砌方案。路面双侧路缘设置排水边沟。隧道中线下设置中心排水沟。横断面行车方向左、右侧检修道沟槽下设置强弱电缆槽。洞身开挖后设置锚杆、拱架及钢筋网，C25喷射混凝土，施工过程中对围岩进行监控量测，在初期支护稳定后，施工C30模筑混凝土二村。支护参数如表1所示。

1.3 隧道施工方法

该隧道进口段紧邻某景区公路，为避免爆破振动影响，开挖时采用机械开挖，同时加强防护支挡，防止落石危及安全；隧道出口段属于浅埋偏压段，且是小净距隧道，地质属冲洪积层，稳定性差，施工时应遵循“少扰动、快加固、勤量测、早封闭”的原则，采用短台阶预留核心土法进行开挖，保证初期支护及时落底封闭，进而确保初期支护的承载能力。洞口段二衬应及时跟进，二次衬砌模板台车拼装完毕后方可进行暗洞开挖施工。对于隧道洞口段及V级围岩段，首先进行超前注浆加固，开挖采用环形开挖留核心土法或CD法；隧道Ⅳ级围岩段落采用台阶法进行开挖；隧道Ⅳ级以下围岩段落采用全断面开挖施工，一般不采用超前支护措施。隧道二衬应及时跟进施工，围岩为Ⅴ级的隧道段落二衬与掌子面距离不宜大于80m，围岩为Ⅳ级段落距离不宜大于100m，围岩为Ⅲ级的段落距离不宜大于150m。

2 风险分析及安全控制措施

2.1 风险分析

依据指南要求，采用定性与定量相结合的方法对隧道工程施工安全重大风险源进行风险估测[1]。分别采用专家调查法和指标体系法，对事故严重程度和事故可能性进行估测。依据专项风险评估的结果，隧道洞口段发生失稳、洞身段发生坍塌、涌水突泥的风险较大，经专家调查决定将隧道洞口失稳、隧道塌方、涌水突泥作为重大危险源，进行施工安全风险评估[2]。

采用风险矩阵法对重大风险源动态估测。根据《指南》的要求，结合风险矩阵法，建立如表2所示的专项风险等级评价标准。按照四个等级对专项风险进行等级划分，其中，低度（Ⅰ级）为一般危险，施工需要注意；中度（Ⅱ级）为有显著风险，施工需加强管理并不断改进；高度（Ⅲ级）为高度风险，需制定风险消减措施；极高（Ⅳ级）为极高风险，不可忍受风险，需纳入目标管理或制定管理方案。

洞口失稳事故的可能性，可从围岩级别、施工方法及洞口偏压指标进行估算。该隧道洞口失稳事故可能性分值P=γ（A+B+C）=0.9×（4+1+1）=5.4，事故可能性为3级。根据隧道实际情况，基于隧道围岩级别、断层破碎情况及地质符合性，隧道开挖时渗水情况，隧道开挖施工方法及施工步距等相关指标，建立隧道施工区段的开挖坍塌事故可能性评估体系。该特长隧道施工段落发生坍塌事故的可能性分值为P=γ·（C+B+D+E+F）=0.9×（1.2×3+2.5+1+1+2）=9.09，事故发生的可能性为3级。基于隧道施工区段的岩溶发育程度、断层破碎带、外水压力水头等相关指标，建立隧道涌水突泥事故可能性评估体系。该特长隧道施工段落发生涌水突泥事故的可能性分值为P=γ·B（A+C）=0.9×1×（1+2）=2.7，事故发生的可能性为2级。

如果该特长隧道发生洞口失稳、坍塌及涌水突泥等情况，将会造成正在进行相关施工作业的3至10名施工人员死亡，事故后果较为严重，等级为2级。基于风险矩阵法进行风险評估，具体结果如表3所示。该特长隧道发生洞口失稳和坍塌事故的风险等级为高度（Ⅲ级），需制定风险消减措施。该特长隧道发生涌水突泥事故的风险等级为中度（Ⅱ级），施工过程中需加强管理不断改进。

2.2 安全控制措施

针对该山区特长公路隧道施工风险因素重要性等级，采取几点风险控制措施[3]。（1）加强监控量测，控制开挖量，减少围岩扰动，同时加强超前支护和做好排水，保证洞口的稳定性。该特长隧道洞口段进行施工时，对围岩进行小导管注浆及大管棚超前支护，施工过程应“先加固、后开挖”；开挖采用CD法施工时，控制开挖尺寸及爆破装药量，同时，严格控制洞口段的每个循环的开挖进尺；在施工过程中，严格按照要求进行动态监控量测，对该隧道进口段的地表沉降、周边收敛及拱顶下沉进行监测，分析隧道围岩稳定性，并依据情况及时调整支护参数。（2）施工前加强对突水的预测，同时采用相应的防水、排水措施。结合该特长隧道情况，对施工中可能出现大型涌水突泥事件的相关段落，在其施工时，首先根据相关地质资料，按照地质超前预报方案对该隧道进行全过程详细的超前地质预报，其次，对掌子面前方10m范围内围岩进行钻孔排查，进一步查明隧道洞室周边可能存在的溶腔涌水突泥情况，同时消除隐患保证隧道安全施工。另外，该特长隧道出口段为小净距浅埋偏压段，为保证掌子面的施工安全，采用超前小导管预注浆进行封堵，并加固地层减少地表水影响。（3）加强安全教育和应急管理。对施工人员进行隧道防坍塌培训，使其掌握预防事故发生的措施、安全注意事项、坍塌来临时的预兆及发生险情时的应急措施。

3 结语

以某中部山区高速公路特长隧道为工程实例，综合运用风险矩阵法、指标体系及专家调查法对该隧道施工风险进行分析，该隧道洞口失稳事故和隧道坍塌事故为高度（Ⅲ级）风险，需制定风险消减措施。涌水突泥事故为中度（Ⅱ级）风险，需加强管理不断改进。在此基础上制定针对特长公路隧道施工的风险控制措施，该隧道开挖现场实际验证以上风控措施有效可行。

参考文献

[1] 李伟，肖殿良.公路桥梁和隧道工程施工安全风险评估制度及指南解析[M].北京：人民交通出版社，2016.

[2] 黄越，寇君淑，邓祥辉，等.大断面浅埋公路隧道进口段施工风险评估及控制[J].西安工业大学学报，2015（6）：452-458.

[3] 任志远.复杂地质条件下的胡麻岭隧道施工风险控制的研究[D].北京：中国地质大学，2017.