黄土地区公路隧道施工技术及安全分析

2024-04-10唐瑞亮

大众标准化 2024年4期

唐瑞亮

（甘肃恒科交通工程监理有限公司，甘肃兰州 730000）

近年来，中国交通建设飞速发展，越来越多的公路项目涌现于黄土地区。黄土地区作为我国的主要地貌类型之一，具有其特殊的地质特点和工程环境。在这样的地质条件下，公路建设面临着一系列挑战，特别是隧道施工。隧道是公路建设中的重要组成部分，它不仅能够有效解决地形复杂、交通阻塞等问题，还能提高公路通行效率，降低交通事故发生率。然而，黄土地区的隧道施工也面临着许多困难和隐患。为了保障黄土地区公路隧道的施工质量和安全性，必须深入研究该地区的地质特点和工程环境，分析已有的施工技术，总结经验教训，提出相应的技术措施和安全管理方法。文章旨在针对黄土地区公路隧道施工技术及安全问题进行深入研究，为黄土地区公路隧道施工提供参考和借鉴，推动黄土地区交通建设取得更大的进步。

1 黄土地区地质特点和工程环境对隧道施工的影响

1.1 黄土地区地质特点

黄土地区是我国特有的地貌类型之一，其主要特点是由黄色粘土组成的特殊土层。这种土层形成于新生代晚期，经历了漫长的风化过程。黄土具有较高的黏结性、较弱的抗剪强度以及较大的含水量变化范围，其构造性较差，容易受水侵蚀、干湿循环的影响而发生收缩膨胀。此外，黄土地区还存在着丰富的沟谷和褶皱构造，地下水体较发达，地下脉络复杂。

1.2 工程环境因素对隧道施工的影响

工程环境因素对隧道施工具有重要影响。首先，黄土地区的气候条件常常变化多端，季节性的干湿循环可能导致黄土的体积变化，影响隧道围岩的稳定性。湿润条件下，黄土变得粘稠，隧道施工可能面临涌水、滑塌等问题；而在干燥条件下，黄土则可能产生收缩裂缝，对支护结构造成影响。其次，黄土地区常年受到风蚀和水蚀的影响，这可能导致施工场地表面的土壤松散，给隧道进口和出口的施工带来困难。沟谷和丘陵地形也会对隧道线路布置和纵断面设计产生影响，增加了隧道设计的复杂性。因此，在黄土地区进行隧道施工时，必须充分考虑工程环境因素的影响，采取适当的施工措施和支护措施来应对气候变化、地表风蚀和水蚀等问题，保障隧道施工的稳定进行和安全性。同时，对于丘陵地形的处理，需要科学合理地规划线路，确保隧道建设符合地形起伏特点，以确保工程质量和可持续发展。

2 黄土地区公路隧道施工技术

2.1 地质勘察和评价

由于黄土地区的地质条件复杂多变，地质勘察是深入了解地层结构、地质构造、地下水位等关键信息的主要手段。通过充分了解地质特点，可以预测潜在地质风险，为隧道施工提供科学依据。在地质勘察中，应采用多种手段，包括地质钻探、地质雷达、岩土力学试验等技术，以获得地质数据的全面性和准确性。通过样本分析和实验室测试，了解黄土的物理性质、力学特性和水文地质条件，为隧道设计和施工提供可靠的数据基础。地质评价是在地质勘察的基础上，根据地质特征和地下水位变化等因素，对隧道施工的可能影响进行综合评估。评价结果对于隧道的线路选择、断面设计、施工方法选择和支护结构设计等具有指导意义。

地质勘察和评价的科学性和准确性直接影响到隧道施工的安全和稳定性。因此，必须高度重视地质勘察和评价工作，确保数据真实可靠，针对黄土地区特有的地质特点，采取合理的隧道设计和施工措施，确保隧道的安全和持久稳定。此外，在隧道施工过程中，还应不断进行地质监测和评价，及时调整施工方案和支护措施，应对可能出现的地质问题，确保隧道施工顺利进行。

2.2 隧道设计与支护

在进行隧道设计时，需要充分考虑黄土的特性，如黏性、塑性、含水量以及其与周围岩土体的相互作用等。这些特性决定了黄土地区隧道施工面临的挑战和难度。为了确保隧道的稳定和安全，需要对黄土地区的地质情况进行细致的分析和评价。地质勘察中要获取地层的详细信息，包括黄土的层位、厚度、含水量、压缩特性等。通过岩土力学试验，获得黄土的力学参数，如抗剪强度、抗压强度、变形模量等。这些数据是隧道设计和支护的基础。在隧道设计中，需要选取合适的隧道断面和支护结构。针对黄土的特性，可以考虑采用喷射混凝土衬砌、钢拱支护、锚杆支护等技术。喷射混凝土衬砌能够在隧道壁面形成一层坚硬的混凝土保护层，增强围岩的稳定性。钢拱支护可以分担地层压力，提高隧道的整体承载能力。锚杆支护能够通过预应力效应，固结周围土体，减少围岩位移和沉降。支护结构的选取应根据具体情况进行分析和优化设计，确保施工的安全和有效。另外，隧道施工过程中要注意地质灾害的防治。黄土地区容易发生塌陷、滑坡等地质灾害，因此需要加强地质灾害监测，及时发现并处理地质灾害隐患。在地质灾害防治中，可以采用地下水排泄、注浆加固、开挖与导管超前支护、型钢拱排布等辅助法配合使用的技术，确保隧道施工的安全。

2.3 施工方法选择

在黄土地区公路隧道施工中，施工方法的选择是影响工程效率和施工质量安全的重要决策。由于黄土地区地质条件复杂多变，选择适合的施工方法对于确保施工的安全和顺利进行至关重要。为减少对土体的扰动，普遍采用的施工方法是机械掘进法，不宜进行钻爆施工。在掘进施工时，需要根据地质勘察结果、黄土的特性、围岩等级、支护类型、埋深、断面形式以及开挖后的应力分布特征等具体情况，合理选择开挖方式和掘进机械设备，以确保施工的稳定和安全。对于黄土隧道浅埋、偏压、小净距段，宜采用超前支护措施，如：超前长管棚、超前小导管等。超前长管棚一般设置于隧道两端洞口，防止隧道开挖塌方和仰坡变形；超前小导管适用于 V、IV级围岩段，主要防止隧道开挖发生塌方，以提高开挖面的稳定性。盾构法也是适用于黄土地区的一种施工方法。盾构机可以在地质较为稳定的情况下进行施工，减少地质扰动和地下水涌入的风险。盾构法适用于较长隧道和地下水位较高的区域，但在施工过程中需要严密监测地质情况，确保盾构机的稳定和施工效率。对于深埋隧道，涌水问题是常见的挑战。因此，在施工过程中需要采取相应的抗涌水措施，如喷射混凝土衬砌或预埋注浆管，以防止水的渗入和影响施工进度。此外，施工方法的选择还需考虑施工人员的技术水平和装备条件，应确保施工人员具备相应的技术知识和施工经验。为保证施工质量及安全，提高施工效率，隧道施工应积极推进“机械化换人，自动化减人”，大力推行“四机一模五台车”为核心的机械化集群作业模式。

2.4 隧道通风与环境保护

在施工过程中，隧道通风的设计和管理对于保障隧道内空气质量，保证行车安全和乘车舒适具有重要作用。针对黄土地区隧道施工的特点，通风系统应根据隧道长度和形状合理设计，以确保空气的循环和氧气供应。通风系统通常包括进风井和出风井，通过调整通风井的位置和尺寸，实现良好的通风效果。在设计过程中，还要考虑黄土地区常见的地质灾害，如滑坡和塌陷，以防止灾害气体进入隧道，保障隧道施工的安全。隧道施工过程中产生的尾气和粉尘是主要的环境污染源。因此，需要采取相应的环境保护措施，减少尾气和粉尘对周边环境的影响。可以在施工现场设置合理的排风系统，及时排除施工过程中产生的有害气体和粉尘。此外，还可以采用湿式除尘设备和过滤器等技术，对排放的尾气和粉尘进行处理，达到国家相关环保标准。在隧道通风与环境保护方面，还需要考虑能源的节约和利用。可以采用新型的节能通风设备和技术，如风能、太阳能等可再生能源，来驱动通风系统，降低能源消耗，减少对环境的影响。同时，应对施工废弃物和污水的排放进行合理控制，遵守环保法规，最大程度地保护当地自然环境。对于产生的污水，可以采用分离处理和回收利用，减少对地下水的污染。施工废弃物也应进行分类处理和回收利用，降低对土地的占用和资源的浪费。

2.5 施工监测与控制

隧道施工过程中，地质条件复杂多变，地下水位和地质灾害风险较高，因此需要采取科学有效的监测与控制手段，及时发现并处理施工过程中的问题，保障隧道施工的安全和稳定进行。监测与控制手段主要包括以下几个方面：①地质灾害监测：通过安装地质灾害监测设备，对隧道施工过程中可能发生的地质灾害，如滑坡、塌陷等进行实时监测。地质灾害监测数据将为隧道施工提供预警和预防措施，保障施工的安全。②地下水位监测：地下水位是影响隧道施工的重要因素之一。通过地下水位监测系统，及时掌握地下水位的变化情况，根据监测数据调整排水方案和支护措施，确保隧道施工面的干燥。③支护结构监测：对隧道支护结构进行实时监测，了解支护结构的受力情况和变形情况。通过支护结构监测数据，及时发现支护结构的问题，采取相应的补救措施，保障隧道支护的稳定性和有效性。④沉降监测：地表沉降是隧道施工中常见的影响因素。通过沉降监测系统，对施工区域的地表沉降进行实时监测，确保施工对周边环境的影响处于合理范围内。⑤施工噪音监测：隧道施工过程中会产生噪音污染，影响周边居民的生活。通过施工噪音监测系统，及时掌握施工噪音的水平，采取隔音措施和施工时间调整等措施，减少对周边居民的影响。技术性方面，监测设备应选择准确可靠的传感器和仪器，确保监测数据的精确性。

3 黄土地区公路隧道施工安全分析

3.1 风险评估与预防措施

在黄土地区公路隧道施工中，风险评估是确保施工安全的首要步骤。针对该地区特有的地质条件和工程环境，需要对潜在风险进行全面评估。首先，通过地质勘察和评价，识别可能导致隧道工程失败的地质灾害，如滑坡、塌陷等。其次，对涉及到的施工技术、设备和人员进行风险分析，找出可能导致事故的因素。最后，考虑自然灾害、地下水涌入、施工噪音等对周边环境和居民的影响，制定相应的预防措施。预防措施方面，应采取多种手段降低风险。在施工前，确保地质勘察和评价的准确性，避免因地质情况未知而导致的意外。采用先进的施工技术和设备，减少对黄土地质的扰动，降低地质灾害的风险。合理组织施工过程，制定详细的施工方案，加强施工人员的安全培训，增强应对突发事件的能力。同时，严格遵守相关法规和标准，落实安全责任制，强化监督检查，确保施工全过程安全可控。

3.2 地质灾害防治

黄土地区公路隧道施工面临地质灾害的风险，因此地质灾害防治至关重要。根据地质勘察和评价结果，对潜在的地质灾害进行全面分析和预测。针对可能遇到的滑坡、塌陷、地面沉降等问题，制定相应的防治措施。在施工过程中，地质灾害的监测是必不可少的。通过安装监测设备，实时监测地质体的位移、变形和地下水位变化等，及时发现异常情况并采取措施。此外，应根据监测数据，及时调整施工方案和支护措施，确保隧道施工的安全进行。对于地质灾害的防治，还需要注重保护生态环境。合理规划隧道线路，避免破坏重要的生态系统，采取植被恢复和生态修复措施，减轻施工对周边生态环境的影响。

3.3 施工过程中的安全管理

施工过程中，应建立健全安全管理体系，确保各项安全措施得到有效实施。首先，需要制定详细的施工安全计划和操作规程，明确各个施工环节的安全要求。施工现场要进行严格的安全巡查，及时发现和消除安全隐患。安全培训也是不可忽视的一环。所有参与施工的人员都应接受必要的安全培训，了解施工中的风险和应急预案，提高安全意识和应对能力。施工管理人员要严格遵守安全规定，强化现场管理，做好施工现场的安全组织和指挥。同时，要与相关部门建立联络机制，及时了解天气预警和地质灾害风险，做好防范措施。

3.4 应急预案与事故处理

应急预案应包括各类突发事件的处理程序、责任分工和应急资源调配等内容。应急预案应经常进行演练和更新，确保施工过程中可以迅速、有效地应对各种突发事件。一旦发生事故，要迅速启动应急预案，按照预定程序组织应急处置。施工现场应设立应急指挥部，进行现场救援和事故处理。同时，要及时通知相关部门和群众，保持信息畅通，防止事态扩大和蔓延。事故后，要及时进行事故调查，查明事故原因，总结教训，采取措施防止类似事故再次发生。对事故责任人要进行追责问责，以保障施工安全和质量。通过健全应急预案和事故处理机制，可以最大程度地减少事故损失，保障施工的安全和稳定进行。