隧道安全风险评估与控制措施研究

周谊一

（重庆高速巫云开建设有限公司，重庆 401147）

0 引言

隧道工程施工具有隐蔽性、复杂性，施工过程中易遇到偏压地层、岩溶、高应力、突泥、断层、瓦斯等不良地质环境。由于各种因素的影响可能导致隧道土石坍塌，衬砌结构破坏，涌水，中毒窒息等施工难题，严重影响安全、进度和施工质量[1]。在施工前，科学全面的辨识隧道施工总体安全风险源，评估风险等级，制定相应的安全措施，是控制隧道施工安全风险，避免发生安全生产事故的重要手段及保障。隧道工程施工前根据《公路桥梁和隧道工程施工安全风险评估指南》，依据工程结构特点和施工影响因素，建立工程总体风险评估指标体系，结合工程的地质、开挖断面等孕险环境与致险因子，评估工程整体风险，估测其安全风险等级并制定相应应对措施并根据结果为具体实施过程中开展专项风险评估提供依据，提前防范安全事故发生具有重要意义[2]。

1 工程概况

1.1 工程环境

朝阳隧道是重庆巫云开高速公路在建特长隧道设计为分离式双洞，净高7m、净宽12.75m，右线K53+126—K58+236，长度 5110m；左线 ZK53+125—ZK58+257，长度为5132m；出口端右侧设置斜井，与主洞连接里程分别为ZK58+131、K5+000，全长约148.535m，走向204°，设计坡度11.983%，出口地面标高约为855.50m。

1.2 工程地质

该隧址区山脊线与构造线基本吻合，整体呈西北-东南向展布，相间平行排列。区内受强烈的南北向构造挤压下，背斜隆起成山、向斜下凹成谷，同时流水切蚀出山川河谷，形成现有沿路线方向的“一山二槽”地貌形态，沿线地貌成因类型主要为构造、剥蚀、岩溶（喀斯特），为构造溶蚀剥蚀中山、中低山地貌。隧道山脉形态主要表现为不对称背斜，地形起伏大，以背斜核部为界，北侧地形坡角一般20°～45°，山体顶部浑圆、溶蚀浅沟呈羽毛状发育，南侧地形坡角一般30°～60°不等，地形整体偏陡其中线路K54+750 沿东-西走向一带，地形平缓，局部地形呈封闭、与半封闭状态，为地表水汇集区，岩溶十分发育。根据1:20 万区域地质调查报告-城口幅、巫溪幅，隧址区总体以可溶性碳酸盐为主，分布有志留系中统徐家坝组，二叠系中-下统梁山组、栖霞组、茅口组，二叠系上统吴家坪组、长兴组、大隆组，三迭系下统大冶组、嘉陵江组，以及第四系全新统。隧址区地台褶皱时期为印支期、喜山期，属大巴山弧形构造体系南段边缘地带。构造单元属扬子准地台-大巴山台缘坳陷-大巴山陷褶束。

1.3 水文及涌水量调查

（1）该隧道区属长江水系，区内水系发育，水系格局整体分布较有规律，基本都平行或垂直构造线发育，长江为本项目一级排泄基准面。隧址区中小型季节性冲沟一般垂直于山体斜坡发育，沟道长短不一，主要接受大气降水及周边地表水的补给，雨季时水量较大，旱季时无水或少水。除此之外，调查区零星分布少量的鱼塘或蓄水池。沿线河流及溪沟旱季流量小，水质清澈，雨季河水暴涨、来势汹猛。

（2）施工期间平水期平均涌水量为69034m3/d。丰水期评价涌水量207102m3/d。拟建朝阳隧道地表槽谷地带岩溶十分发育，地下水蕴藏量大，汇水面积大、岩溶下切深度大，隧道穿越该段时围岩自稳性往往较差，开挖时可能遇到软弱夹。

2 隧道重大风险源辨识

根据工程类比法和专家分析法对隧道进行重大风险源预测，施工过程中可能发生坍塌、涌水突泥、瓦斯、岩溶、滑坡等不良地质影响，可能导致重大工程安全事故[3]。

2.1 洞身段坍塌

本隧道穿越朝阳-官阳背斜山体，总体以可溶性碳酸盐为主，主要分布有志留系中统徐家坝组，二叠系中-下统梁山组、栖霞组、茅口组，二叠系上统吴家坪组、长兴组、大隆组，三迭系下统大冶组、嘉陵江组，总体沿朝阳-官阳背斜两翼对称分布，岩性主要为灰岩为主，其间大多为白云质灰岩、泥灰岩，为较硬岩居多；局部穿越页岩等软岩地带，岩体节理裂隙、溶孔溶隙分布不均。洞身稳定性主要与围岩的强度与完整性有关，同时岩溶可能引发的隧道顶板塌陷、突水突泥等问题。

2.2 涌水突泥

本隧道根据设计图纸，采用铁路工程水文地质勘察规程中经验公式判断隧道涌水量大小该隧道日平均最大涌水量预测207102m3/d，涌水量等级为特大涌水。

2.3 岩爆

本隧道整体稳定及施工安全的高地应力集中区的可能性较大，隧道施工过程中出现岩爆的可能性较大，主要表现为轻微岩爆为主、中等岩爆次之。

2.4 有毒有害气体

本隧道根据设计文件说明，在建朝阳隧道为高～低瓦斯地层，建议按高瓦斯隧道进行设防。

2.5 岩溶

本隧道沿线出露地层为三叠系、二叠系，以灰岩、白云岩为主的碳酸岩类大面积分布，为可溶性岩层，岩溶十分发育，地表形态以溶蚀洼地、落水洞、岩溶漏斗、溶沟、溶槽为主，地下形态以溶孔、溶隙、溶洞及地下暗河等为主。岩溶将引发一系列工程地质问题，主要有地面塌陷、水源枯竭、涌水突泥、施工过程。

2.6 滑坡、危岩体

本隧道滑坡位于线路里程K58+042.75—K58+287.29，纵向长约85m、横向宽约200m、滑体一般厚度4～6m，面积约 1.70m×10m，体积约 8.50m×10m，为一小型土质浅层滑坡，平面形态呈半椭圆型，主滑方向191°，前缘剪出口高程920m、后缘高程960m 左右，相对高差约40m。潜在滑体主要为第四系残坡积层红粘土夹碎石，下伏基岩为灰岩，斜坡现状无地表水直接出露，水文地质条件简单。该滑坡变形于2014 年9 月，为暴雨型滑坡，早期滑坡裂痕已被填充、现状植被茂密。根据现场宏观调查判定：滑坡现状处于基本稳定状态，在暴雨及外界其他地质营力组合情况下，再次发生局部失稳的可能性大。

3 隧道工程评估指标

隧道工程施工安全总体风险评估主要考虑隧道地质条件、建设规模、气候与地形条件等评估指标。参照《指南》要求，结合隧道工程实际情况，建立以下评估指标和赋值标准，可参见表1 和朝阳隧道工程施工安全总体风险分级标准，最终确定隧道工程施工安全总体风险评估等级为Ⅳ级（中等）[4]。

表1 朝阳隧道总体安全风险评估

4 隧道风险控制措施

4.1 洞身段坍塌控制措施

根据设计、实际揭露地质情况，制定开挖、支护专项施工方案；按照经审批通过的专项施工方案规范组织施工。按照设计、规范要求进行超前地质预报、超前钻孔工作，提前、科学判定前方地质；进行监控量测工作。按照规范、设计要求严格施工，如各工序衔接不紧密；安全步距超标等。编制应急预案；储备应急抢险物资、设备等；设置可靠的门禁系统、视频监控系统、人员识别定位系统[5]。

4.2 涌水突泥控制措施

按照审批通过的专项施工方案规范组织施工。按照设计、规范要求进行超前地质预报、超前钻孔工作，提前、科学判定前方地质。施工中与气象台建立联动机制，及时获得降水情况，在雨季和断裂带位置监测孔隙水压力。涌突水处理根据地下水的形态，坚持“超前预报、堵排结合、因地制宜、综合治理”的原则。洞内有积水，根据距离、坡度、水量、设备和施工资质布置管路，一次或分段接力将水排出洞外。针对涌水突泥事故编制专项应急预案和设立专用应急物资。

4.3 岩爆控制措施

事前应进行岩爆的预测预报，针对开挖面前方可能发生的岩爆，及时采取施工对策；事后仔细研究岩爆规律，制订出后续施工的对策并逐步改进。施工中应加强围岩特性、岩爆强度等级、水文地质情况等的预报、预测和分析。隧道进尺根据施工方案施工，采用合理的爆破方式，减少开挖爆破作业对围岩的扰动。向掌子面及附近洞壁喷洒高压水或利用炮眼及锚杆孔向岩体深部注水，降低围岩强度，增强其塑性，减弱其脆性，最终降低岩爆的剧烈程度。施工过程中密切观察岩面剥落、监听岩体内部声响情况，出现岩爆迹象，作业人员及时撤离。

4.4 有毒有害气体控制措施

按照方案要求进行超前地质预报。建立进洞登记与进洞人员安检制度；安装安全检查报警系统。若施工过程中检测到瓦斯，应按《公路瓦斯隧道设计与施工技术规范》（JTG/T 3374—2020）、设计要求及专项施工方案开展瓦斯隧道有毒有害气体监测、电器设备改造、动火作业管理、瓦斯隧道通风管理、瓦斯检测人员管理等。编制详细的应急预案，并组织工人进行突发事件应急演练。

4.5 岩溶控制措施

按照要求进行超前地质预报，探明前方围岩岩溶情况；制定岩溶的处治方案；发现较大溶洞，按要求进行专项设计处治。

4.6 滑坡、危岩体控制措施

施工前，先清理洞口上方及侧方可能滑塌的危岩体。洞口先实施截、排水系统。施工时，设置观测点，特别在为当地雨季，加强地表沉降观察。安排专人观察，做好每日观察记录，若沉降过大，及时停止施工，排查险情，解决问题。采用合理的爆破方式，减少开挖爆破作业对围岩的扰动。洞口开挖先支护后开挖，自上而下分层开挖、分层支护，开挖时掏底开挖或上下重叠开挖，陡峭的洞口根据设计和现场需要设安全棚、防护栏杆或安全网等措施。

5 结语

隧道施工总体安全风险评估是隧道建设的重要环节，进行风险评估的目的是预防隧道施工过程中发生安全生产事故，有效降低施工安全风险。作者以重庆巫云开高速朝阳隧道为例，采用《公路桥梁和隧道工程施工安全风险评估指南》为依据，结合工程地质详细勘察报告、施工图设计文件等科学合理的确立总体施工安全评估指标和赋值，为下阶段专项风险评估及有效提高隧道施工安全具有重要意义，其危险源辨识、指导性控制措施值得在其他项目中借鉴运用。