隧道施工中的风险分析与处理措施

12.隧道施工中的风险分析与处理措施
12.1隧道工程施工中的风险种类
国际咨询工程师联合会(FIDIC)在《土木工程施工合同条件》(简称FIDIC条款)的通用合同条件中对风险问题做了明确的规定。

工程风险具有一定的偶然性，它一旦发生，业主和承包人其中一方或双方共同受较大的经济损失。

隧道工程的风险贯穿于隧道建设的全过程，本工程就施工组织设计而言，风险主要有以下方面：
(1)施工前对工程地质和水文地质情况了解得不很准确。

隧道及地下工程整个结构处于地下(有时还是深层)，其地质和水文地质状况对隧道工程的施工方法、施工支护、施工管理，乃至以后的运营管理，关系极大。

但目前的勘探方法和手段都很难在施工前将围岩状况掌握得一清二楚。

作为隧道设计、施工前提的工程地质和水文地质条件的不准确性，极可能导致设计文件和招标投标合同与现场实际情况发生差异，从而带来难以预见的风险。

(2) 施工中发生的风险，如由于塌方、涌水、爆破、用电和通风设施等出现的安全问题。

具备风险意思，作好风险预测，采取风险规避对策是隧道施工组织管理的重要方面，是保证隧道工程安全、顺利竣工的关键。

12.2风险分析与处理措施
针对本工程的特点，考虑到施工中的不确定因素给隧道施工带来很多的不安全因素。

一方面需要搞好安全管理，如加强安全教育，强化安全意识，落实安全责任制等，另一方面要切实强化隧道施工中的
安全技术，加强风险预测与规避机制，完善隧道施工组织管理。

12.2.1常见不良地质条件的风险预测及规避对策
A洞口浅埋段
地表覆盖层厚度小于隧道跨度时，即覆跨比小于1时，为浅埋隧道。

本工程隧道洞口位置浅埋段。

a风险预测
浅埋段隧道施工易引起地面下沉、开裂，造成地面变形、失稳甚至破坏等。

b规避对策
(1)采用分部开挖方法。

隧道施工采用微台阶、或短台阶，当地质情况较差时采用眼镜法、ＣＤ法或ＣＲＤ法施工。

(2)开挖前先施工超前锚杆或超前管棚。

当地质情况较差、围岩破碎时应先进行地表注浆。

(3)采用控制爆破技术，将爆破振动速度控制在规定的允许值之内。

(4)加强隧道开挖后的支护。

视隧道围岩情况，采用系统锚杆、挂钢筋网然后喷混凝土。

或采用钢格栅支护。

围岩强度较差时，施做10～15ｃｍ厚的混凝土支护。

(5)加强施工监测。

①地表沉降量的监测；②地表建筑物情况监测；③爆破震动监测；④围岩收敛变形量测；⑤施工支护应力监测。

B 断层破碎带
a风险预测
(1)采用地质雷达超前预测、预报。

(2)洞内超前钻探预报。

即在开挖工作面采用水平钻机向隧道前方打超前钻孔探测。

b规避对策
(1)开挖前先施工超前锚杆或超前管棚等对围岩进行预加固。

围岩破碎时应先进行预注浆，改良围岩。

(2)开挖后的施工支护应加强，视断层的围岩破碎情况，采用系统锚杆、挂钢筋网然后喷混凝土。

或采用钢架(或格栅钢架)支护。

(3)按设计进行永久性混凝土衬砌支护；或采用钢筋混凝土衬砌；以及增加衬砌混凝土厚度，提高衬砌混凝土强度等级。

(4)衬砌后及早行回填灌浆。

12.2.2常见地质灾害的风险预测及规避对策
A岩爆
a风险预测
(1)岩体准强度评价法
式中：σｔ—岩体准抗拉强度，MPa；
σｃ—岩体单轴抗压强度，MPa；
Ｖｐｍ—岩体(现场)纵波传播速度，ｍ/ｓ；
Ｖｐｄ—岩石(室内)纵波传播速度，ｍ/ｓ。

当σｔ≥80ＭＰａ时，可能发生严重岩爆。

(2)地应力测试法以周边最大切向应力σ0与岩体抗压强度σｃ推
断，即用两者比来推断。

当ｄ=σｃ/σ0<2 5时发生强岩爆。

(3)山体自重应力推算岩爆的临界深度
自重应力σｒ=γＨ
μ为泊松比；Kj为系数，据围岩表面应力状态而定，Kj=0.19，0.29，0.38，0.40……
(4)挪威分类
①当σｃ/σ1=5～2 5或σt/σ1=0 33～0 16时，为轻微岩爆；
②当σｃ/σ1<2 5或σt/σ1<0 16时，为强烈岩爆。

其中σt、σｃ、σ1分别为岩体准抗拉强度、岩体单轴抗压强度、最大主应力。

b规避对策
(1)岩爆多发生在埋藏很深、整体、干燥和地质坚硬的岩层中，当设计文件有该类地质时，应提前防卫。

(2)岩爆多发生在新开挖工作面及其附近，以顶部或拱腰部位为多，这些地方是防范岩爆伤人的重点部位。

(3)超前释放孔。

在掌子面自拱部至边墙打超前释放孔。

(4)超前周边预裂爆破松弛。

采用松动爆破、超前钻孔预爆法，先期将岩层的原始应力释放一些，以减少岩爆发生的可能性或避免大的危险。

(5)岩面喷洒水湿润。

即向开挖的岩石表面喷射高压水冲洗，预先释放部分能量。

(6)锚杆挂网。

爆破开挖后及时向拱顶及边墙喷射混凝土，加设锚杆和钢筋网，减少岩层暴露时间和岩爆发生的次数。

(7)及时清撬。

岩爆发生时，有的石块暂不落地，呈摇摇欲坠之势，要及时清撬。

(8)增加防护钢棚。

岩爆发生范围内的机械设备要增加防护钢棚，工作人员要配戴钢盔及防弹背心。

(9)岩爆高发期，即有片石弹射状、爆炸抛掷状的强烈岩爆发生时，机械设备及人员要撤出岩爆区域，躲避岩爆。

B岩溶
a风险预测
当隧道穿越可溶性的岩层时，则可能遇有岩溶，本标段存在岩溶地质灾害。

(1)洞内超前预报。

采用ＴＳＰ202地质雷达预测预报系统。

(2)洞内超前钻探预报。

即在开挖工作面采用水平钻机向隧道前方打超前钻孔。

b规避对策
(1)小型溶洞的处理
①堵塞。

位于隧道底部位置的小溶洞，采用换填片石、干砌片石、浆砌片石回填压实。

或采用隧道底板梁通过。

②位于隧道边墙位置的小溶洞，采用浆砌片石封堵，加强混凝土衬砌封闭。

③拱部以上溶洞，视溶洞的岩石破碎程度，采用喷锚支护加固，
加设护拱防护，拱顶回填浆砌片石或干砌片石压浆固结。

(2)规模较大溶洞处理
①跨越。

简支梁跨越；栈桥跨越；拱桥跨越；边墙拱跨越；整体浮放支托跨越。

②支顶加固。

支承墙加固；支承柱加固；拱桥支顶加固；挖孔桩支顶加固。

(3)岩溶隧道施工。

岩溶隧道开挖同软弱围岩相似，管棚注浆综合预加固，微震爆破，强化初期支护。

隧道施工采用微台阶或短台阶，围岩地质条件较差时采用眼镜法、ＣＤ法或ＣＲＤ法施工。

C突涌水
a风险预测
(1)超前探孔。

用风枪或钻孔台车进行钻孔，钻孔长度为5ｍ以上。

(2)采用地质雷达检测。

b规避对策
(1)引排水。

查明溶洞或暗河水源流向及其与隧道位置关系，用涵洞、暗管、暗沟、泄水洞、开凿引水槽、铺砌排水沟等。

(2)堵水。

溶洞或暗河的流水量不大，有其它出口或有分支，采用注浆堵水。

(3)隧道反坡排水。

利用抽水机配以管道排水，分段设置固定泵站和集水井。

固定泵站与开挖面之间设置临时移动泵站，用潜水泵抽水至固定泵站的集水井。

12.2.3隧道施工中常见惯性事故的风险预测及规避对策
隧道施工中常见的惯性事故多为隧道坍塌、爆破作业、施工用电安全以及爆破后危石伤人等。

A 隧道塌方
a 风险预测
(1)在碎裂结构地层中，岩块间互相挤压，开挖后失稳，局部块石坍塌。

(2)喷层大量开裂，喷混凝土质量、厚度未达到设计要求。

(3)薄层岩体在构造运动作用下，形成小褶曲，错动，岩层层状劈裂，层理、节理缝或裂隙变大、张开。

(4)岩层软弱相间或有软弱夹层，有地下水作用，软弱面强度降低或软弱层泥质充填物较多。

(5)隧道穿越断层或各种堆积体，开挖后，容易引起坍塌。

(6)由于地下水的浸泡、软化等作用，加剧岩体的失稳而坍塌。

(7)洞内围岩变形异常，变形速度加大。

b规避对策
(1)采用围岩“预加固”技术，即通过打超前管棚，预注浆加固围岩，提高围岩的性能指标。

或者采用旋喷拱或预切槽，减少围岩变形。

(2)做好排水。

在施工前或施工中，均应采取可行的防排水措施，尽可能将地表水引排，不渗入隧道中。

(3)选择正确的开挖方法。

采用台阶法、短台阶法、中壁法、眼镜法等技术进行隧道开挖。

(4)加强初期支护。

①增加喷射混凝土的厚度；②加密加长锚杆；
③增设钢筋网或使用喷射钢纤维混凝土；④采用或者加密钢架。

(5)加强围岩量测。

发现围岩变形或异常情况，及时采取紧急措施处理。

①按设计进行永久性混凝土衬砌支护；②采用钢筋混凝土衬砌；③增加衬砌混凝土厚度；④改变衬砌断面形式(如直墙变曲墙等)；
⑤提高衬砌混凝土强度等级。

B 爆破事故
a风险预测
(1)爆破器材受潮或失效。

(2)起爆方法不正确。

(3)爆破网路联结不正确。

b 规避对策
(1)选用安全的爆破器材。

(2)采用微差爆破。

(3)盲炮处理。

①距盲炮炮口间距不小于30ｃｍ处，另打平行炮眼重新装药爆破；②用木制或竹制工具，将盲炮炮眼的大部分填塞物掏出，用聚能药包起爆；③若起爆网路未受破坏，导爆索或导爆管正常，仍能起爆者，可联线起爆；④所用炸药为非抗水类炸药，向孔内灌水，使炸药失效；⑤当电力起爆发生盲炮时，须立即切断电源，将爆破网路短路。

C施工用电事故
a风险预测
(1)电压突然降低。

(2)电压忽高忽低，不稳定。

(3)电气设备不能正常工作。

(4)用电常见的事故为漏电、短路、触电等，发生率较高，危害较严重。

(5)施工中变压器的安全。

b规避对策
(1)编制临时用电方案，确定变压器容量、导线截面和电器开关类型等。

(2)采用“三相五线制”线路及两级保护系统，或将动力线路与照明线路分设。

(3)电力线路与建筑物的距离要符合最小安全距离的规定。

(4)变配电场所及自备发电机要按规范要求做好安全防护及接地、防雷防护。

(5)机电设备安装漏电保护器，或接零保护。

(6)施工用电的安装、维修或拆除等由专业电工完成，并与用电的技术复杂程度相适应。

D施工设备事故
a风险预测
(1)施工过程中出现设备故障不能及时处理。

b规避对策
(1)定期作好施工设备的维护和检修。

(2)作好各班交接工作中的设备使用情况记录，及时检修或更换。

E危石
a风险预测
(1)隧道穿越断层或破碎带，开挖后，易形成危石。

(2)爆破作业不当，装药量过多。

(3)处理危石不当，引起坠落，可牵动岩层坍塌。

b规避对策
(1)每次炮后清撬岩层表面局部松动的块石。

(2)施作径向锚杆，进行围岩岩层加固。

(3)及时喷射混凝土封闭。

避免岩层暴露时间过久，引起围岩松动、风化。

(4)重点部位进行监控量测。

切实提高隧道施工安全水平，既要靠管理，又要靠科技。

安全技术能为隧道施工顺利进行保驾护航。

针对不同条件的隧道施工，应建立施工安全风险预测机制，做到心中有数，遇到问题有预案，一旦发生，即可迅速采取相应措施。

我们在隧道群施工中，根据不同施工阶段，不同隧道特点，及时提出可能发生的问题及应急措施，使管理干部、施工人员能够提前警醒，引起重视，有效地保证隧道施工安全。