公路隧道新奥法施工全过程风险管理分析

2022-09-20姚文胜

运输经理世界 2022年3期

姚文胜

（广东冠粤路桥有限公司，广东广州 511400）

0 引言

相对于传统的掘进机法和矿山法，新奥法具备以下特点：采取锚喷混凝土作为支护方式；掘进方式为钻爆法，采取多类型地质预报技术开展掌子面前方风险预测，有效规避生命财产安全风险。新奥法施工过程中需要对隧道围岩进行变化趋势的预测，继而调整控制支护，满足技术规范。新奥法施工质量风险因素较多，科学合理地进行隧道全过程施工风险评价，具备重要的社会经济价值。

1 新奥法施工全过程风险分析

1.1 爆破掘进

新奥法爆破施工风险主要归因于炸药爆破导致岩体不稳定分离，主要表现在以下几个方面：雷管、炸药本身稳定性较差，导致突爆；爆破过程中岩石应力不均，围岩稳定性不足，引发坍塌；现场爆破操作失误引发爆破事故；爆破产生瓦斯泄漏，引发火灾、窒息等危害；隧道掘进初期没有采取合理的排水措施，为后续围岩坍塌造成安全隐患。

1.2 初期支护

初期支护造成隧道开挖风险主要归因于混凝土、锚杆等材料施工质量，支护阶段产生的风险主要分为以下几类：围岩暴露时间过长，支护施工和围岩情况不匹配；混凝土水灰比、坍落度等技术指标不合格，锚杆锚固不佳；混凝土喷射中采取的潮喷、干喷工艺造成现场大量粉尘，通风措施不及格则会造成安全隐患；施工中存在高处作业、临时用电等不规范造成生命威胁[1]。

1.3 预报及量测

隧道预报量测所获取的围岩开挖变形状况、水文地质数据非正常显示代表了施工中存在多种不可预料风险，预报测量中出现的风险主要可以分为以下内容：一是现场监测效率低，在围岩变形较大时没有多频次开展变形监测，导致隧道变形情况没有及时得以改善；二是现场地质超前预报技术应用不合理，采集数据真实性偏低，对于隧道开挖掌子面前方的地质水文信息没有进行及时收集，引发后续安全事故；三是隧道监测中出现的拱顶及地表沉降速率偏大、周边位移过快、围岩内部变形超标、支护衬砌内力及锚杆轴力超出设计标准等情况，都对后续施工造成隐患；四是水压力监测数据非常态化，防排水控制效果不良；五是前方围岩地质突变，存在熔岩、流沙等不利地段；六是隧道施工对既有地形地貌造成较大改变，引发周围构筑物、管线的破坏。

1.4 二次衬砌

隧道衬砌施工主要采取模板台车和混凝土工程组合式工艺，作为隧道洞内的主要承压结构，衬砌有助于装饰隧道最内层。衬砌施工产生的风险主要包括以下内容：一是衬砌混凝土技术指标不合格，如水灰比、坍落度，衬砌承压效果难以充分发挥；二是二次衬砌具备防水堵水效果，水压力过大则会对衬砌造成质量损害；三是衬砌施工没有依据相关技术流程开展，衬砌浇筑厚度不达标，衬砌效果不良；四是衬砌暴露在周围环境中的时间过长，与周围水、地质环境产生复杂的化学腐蚀；五是高处作业多采取模板台车施工，现场技术人员存在衬砌坠落、碰撞、触电等安全事故。

2 工程概况

汕湛高速第11 标段起于清远市佛冈县汤塘镇瓦锡田，起点桩号K111+800，至汤塘镇暖水村接第十二标段，终点桩号为K124+000，路线长12.2km。公路设计等级：高速公路双向六车道；设计行车速度：100km/h。高山顶隧道进口位于佛冈县汤塘镇镇江坳村，附近为毛细坪村，离隧道进口约3000m；隧道出口位于佛冈县汤塘镇上乪石场西侧，距石场约300m。隧道总体走向呈近东西向，在出口段向北呈弧形。隧道穿过丘陵地貌区，地形起伏大，地面标高64～332m，最大相对高差约230m。山体植被较茂密。隧道出口端西南侧100m 外存在采石场。高山顶隧道惠州端左、右线洞门均采用削竹式，左线里程为ZK116+666，明暗分界设在ZK116+697，明洞长31m；右线里程为K116+659，明暗分界设在K116+683，明洞长24m。左、右线洞口段均采用12m 长管棚超前支护，保证安全进洞。高山顶隧道清远端左、右线洞门均采用端墙式，左线里程为ZK118+193，右线里程为K118+180。左、右线洞口段均采用5m 双层短管棚超前支护，保证安全进洞。隧道建筑限界净宽：0.75（左侧检修道）+0.25（余宽）+0.5(左侧向宽度)+3×3.75（车道宽度）+1.0(右侧向宽度)+1.0（右侧检修道）=14.75m；隧道建筑限界净高：5.0m。隧道右线围岩分级分段如表1所示[2]。

表1 隧道右线围岩分级分段划分

3 隧道施工风险评价

3.1 风险等级

通过现场数据调查及相关施工技术规范，本文以一级指标下的二级指标为例，如表2所示，构建评分标准参考值，获取指标风险等级，如表3所示。施工单位依据风险等级可以采取有效的风险管控措施，其中，五级风险这是不可接受的，此时需要进行全面停止作业；四级风险则为重大风险，此时需要对实际施工情况进行综合分析，并且采取有效措施；三级风险为较大风险，此时需要加强重视并且制定专项措施；二级风险则表示可接受该风险，需要动态监控；一级风险则不需要加以处理。

表2 指标体系分类标准参考

表3 风险等级

3.2 评价矩阵

本文采取BP 神经网络评价模型进行单元段集合评价矩阵的导入，获取右线隧道相应区段的风险等级，定量指标数据的获取则需要依据地勘报告，匹配专业人员的打分评定，计算风险评价指标的评价向量，向量构成的评价矩阵作为模型输入数据；在此基础上，采取MATLAB 软件，获取评价矩阵模型导入后的模糊综合评价（FCE）真实值、风险评估输出值，如表4所示。

表4 评价结果分析

3.3 结果分析

表4结果表明，项目采取的BP 神经网络模型能够较为准确地模拟专家评分经验，且相较于模糊综合评价，较为简洁，能够实现对隧道不同危险单元段开展风险评估，和模糊综合评价的误差控制在（0.01-0.015）之间，具备良好的评估精度，不同样本输出误差分析如图1所示。

图1 区段评价值输出

该公路隧道右线施工阶段，经过现场相关技术人员、管理人员的合理管控，多数情况的区段风险控制在二级风险区内，这表明施工过程中对施工组织、安全、质量的把关都有较好的水平，实际施工中后期也并没有出现质量安全事故，项目顺利验收完工。表4结果中，隧道右线洞口段存在较大的施工风险，且普遍高于其他区段，这主要是入口段存在较低的地势，地表水较为丰富，施工阶段也存在较多的水侵蚀病害，易引发隧道施工的不稳定；其余区段的地势相对偏高，水压较小，造成的总体稳定性偏高[3]。

4 隧道施工风险应对与控制

新奥法开展该隧道洞口段施工中，地下水较为丰富，且存在断层、不稳定破碎带、节理发育、偏压等不利情况，洞口段产生的危害主要表现为形变和坍塌。针对以上施工风险，本文采取以下风险控制措施：

4.1 坍塌应对

隧道洞口段施工前期主要采取小导管超前支护措施，且施工工艺需要遵循短进尺、强支护、早封闭、勤量测、早衬砌的原则，现场施工需要严格依照相关技术设计规范先后顺序进行开展，风险防范措施包括以下内容：一是现场对仰坡、边坡开展及时防护，并且对周围山坡进行稳定性、强度的检查、监测，现场如果遇见地下水环境复杂的情况，则要采取超前探孔预报技术，对前方的围岩情况进行真实数据采集，并且以此调整设计相关参数；二是洞口段施工需要强化监测频率，确保各项施工技术指标满足规范允许范围；三是严格控制施工掌子面、二次衬砌、仰拱等不同工序之间的步距，现场尽快完成二次衬砌；四是洞口浅埋段的纵横断面需要进行测量绘制，对浅埋情况进行及时确认，对洞顶岩土层覆盖厚度及时判断掌握，对于既有支护参数、施工作业工序进行优化调整；五是施工中需要制定严格的作业章程，强化一体式的安全宣传和工作交底。

4.2 大变形应对

该公路隧道洞口段的大变形情况风险，则需要采取现场主动控制措施，需要遵循加固围岩、改善变形、先柔后刚、先放后抗、变形留够、底部加强的原则，尤其在浅埋暗挖段，需要强化围岩自身承载强度，以抵抗变形风险，主要包括以下措施：一是对于洞口初期支护进行允许变形量的设置，充分缓和围岩能量的释放；二是二次衬砌、初期支护之间需要构建充足的变形量；三是围岩变形程度较大时，需要及时进行加筋二次衬砌的方式来优化围岩承载强度；四是隧道底部结构施工质量需要加强重视；五是现场施工加密、加长锚杆，以便传递荷载至基岩处；六是掌子面紧邻仰拱，尽快封闭成环初期支护；七是洞口开挖后则要及时进行洞体初喷封闭，控制围岩环境暴露时间，及时施工锚喷支护、拱架；八是初期支护施工结束后，则需要现场检查喷射混凝土裂缝病害、混凝土表面是否脱落、锚杆垂直度、结构是否剪切损伤、钢支撑是否变形等不良状况[4]。