隧道施工風險評估關鍵技術研究

陸春寧

(廣西長興工程建設有限公司，廣西 南寧 530023)

0 引言

隧道工程在縮短通車里程、提高交通運輸效率方面的作用不言而喻，隨著我國巖土道橋和機械工程等領域技術的不斷發展，在地形較為復雜的區域建設隧道已不再成為難題，每年都有數量眾多的隧道竣工并投入使用，為國民經濟建設提供了基礎支撐。我國隧道工程的施工技術在經過了數十載的積累、摸索及改進之后，現已形成具有一定廣度和深度的施工技術體系，部分隧道施工技術在國際上首屈一指。隧道在施工過程中的安全風險控制技術一直以來都是業內所關注和研究的重點課題，隧道在施工中的潛在隱患和安全風險一般不易被施工人員發現，隱蔽性較高，這是由隧道工程的施工周期較長、施工現場圍巖的穩定性差異較大所決定的。相關施工數據表明，隧道的施工質量風險屬于共性問題，一般表現為施工過程中的安全措施落實不到位等，包括組織管理方面、人員技術方面以及施工設備等方面[1][2]。

1 隧道施工常見風險因素分析

1.1 突水涌泥

突水涌泥在隧道施工過程中比較常見，一般由于土體和地層中的水體力學平衡狀態被打破所致，且在沒有得到及時防護時，可引起水與土體的混合物一并涌入開挖洞室中，具體來說當水流速度>0.1 m/s時稱之為突水，突水中泥沙含量超過50%時稱之為涌泥。突水涌泥所引起的隧道風險實質是隧道圍巖富水層結構遭到破壞，進而引起水動力學以及圍巖力學狀態的急劇變化，導致貯存于地下水中的能量被瞬間釋放出來，并以高速流體的方式向隧道內涌入。隧道施工中的突水涌泥風險危害極大，應在具體的工程施工中予以高度重視，做好相關的安全措施，保證施工設備及施工人員的安全[3][4]。

1.2 內壁坍塌

內壁坍塌一般在隧道的施工過程中較為罕見，但仍有發生的極小概率。內壁坍塌一般由初期襯砌以及二次襯砌的方法不當，以及實際的支護措施與工程施工環境、條件不符所引起。內壁坍塌會使隧道遭到嚴重損毀，屬于重大施工風險因素。隧道內壁一旦坍塌便會引起大范圍的連鎖反應，如隧道圍巖的進一步破壞以及施工周邊環境土質以及巖層的擾動等。這種因施工措施準備不足以及施工組織、管理不到位等而引起的隧道內壁坍塌事故一般會造成較大的經濟損失[5]。因此，在施工之前一定要做好相關準備措施，對施工機械設備進行全面檢查、校驗，對施工現場環境的地質構造進行精準的勘測、預判，選擇最適合的隧道施工方案。此外，還應對施工技術人員的資質進行核驗，必要時進行安全規程以及特種作業人員的崗前培訓、考試，經考試合格后方可進入現場施工。制定具體的事故應急處置預案，保障工程施工的順利、安全、如期進行[6]。隧道施工安全控制方案如圖1所示。

1.3 瓦斯爆炸

隧道瓦斯爆炸屬于一種熱-鏈式反應，通常也稱之為連鎖反應，爆炸混合物在吸收一定的火源所引發的能量之后，反應分子鏈立刻斷裂，隨后分解成多個游離基(自由基)，這類游離基化學活性較大，逐漸演變成連續反應的活化中心，在一定的條件下，各游離基進一步分解，再次生成多個游離基，此過程往復循環，隨著游離基的逐漸增多，其化學反應的速度也變得越來越快，以至發展成最終的燃燒或爆炸等氧化反應。因此，隧道內瓦斯爆炸的本質是一定濃度的甲烷與空氣的混合物中度作用下所引發的激烈氧化反應。隧道內瓦斯爆炸在我國隧道的施工史中比較罕見，如果發生此類施工事故一般都會造成重特大人身傷害或死亡事故，應在施工過程中對隧道內部的氣體成分做好監測工作，對隧道內的通風設施進行檢查，確保良好的作業環境，保障人身安全，避免隧道瓦斯爆炸的情況發生[7]。

圖1 隧道施工安全控制方案流程圖

1.4 有毒有害氣體

隧道在施工過程中會產生各類有毒有害氣體，如施工的柴油機械設備等所產生的尾氣等，開挖過程中大型機械設備與圍巖切割、鉆孔等引起物化反應，巖層中的顆粒物在高溫、高壓及高速機械設備的鉆磨下成分發生改變，進而向隧道中釋放各類有毒有害氣體。部分有毒有害氣體無色、無味，潛在的安全隱患較大，隧道內一旦發生有毒有害氣體，便極有可能造成施工人員窒息的安全事故。因此，應加大對隧道內部通風設施、設備的檢查力度，定期檢測隧道內氣體成分及濃度，及時排查各類施工風險因素。

1.5 觸電

隧道內大型機械施工設備的作業需要敷設多條高壓電纜組成動力線路，這在無形中增加了人員觸電的風險，因此，在施工前期檢查施工機械設備的功能特性以及電纜的絕緣情況顯得尤為必要，確保各類動力機械設備無短路及漏電情況的發生。當施工人員因觸電而發生暈厥時，應立即將受傷人員抬出隧道，在空曠且通風良好的地方進行心肺復蘇，并同時撥打急救電話，爭取第一時間對受傷人員及時搶救。觸電事故在隧道施工過程中發生的概率極低，一般多發生在人員誤操作或走錯間隔等情況下，應在施工過程中對現場環境充分了解，并做好防觸電措施。心肺復蘇法流程如圖2所示。

圖2 心肺復蘇法流程圖

2 基于多維預警機制的隧道施工風險評估體系

2.1 需求分析

隧道施工過程中所引起的各類事故均具有一定的破壞特性，如何在施工前或在施工過程中通過技術手段來準確預判施工風險指數，并及時采取相應的應急處置措施，是工程技術界一直以來所研究的重點內容。從已有的文獻來看，多數隧道施工風險評估體系遵循高精度、大數據、深覆蓋的預測特點，隧道施工風險評估體系的搭建應以具體的施工環境和施工設備為出發點，綜合狀態監測、信息處理等技術措施來實現[8][9]。各類施工監控及風險評估體系的功能需求及所需技術架構如表1所示。

表1 施工監控及風險評估體系的

2.2 評估體系搭建

針對隧道在施工過程中所有可能遇到的各類安全事故，本文提出了基于多維預警機制的隧道施工風險評估體系，該體系以Spark平臺實時在線工程施工數據分析為主要架構，通過施工現場的多維數據(包括時間、坐標、圍巖成分、強度、施工機械設備的數量、型號等)來對施工過程中的風險因素進行綜合預判，并通過Spark數據分析平臺對歷史數據進行對比分析，得到當前施工的安全風險系數，為施工人員采取對策提供支持[10]。基于多維預警機制的隧道施工風險評估體系如圖3所示。

圖3 基于多維預警機制的隧道施工風險評估體系示例圖

3 工程實例驗證與結果分析

為進一步驗證所提出的基于多維預警機制的隧道施工風險評估體系的實際工程應用效果，以廣西河池桂山隧道的整體維修工程為例，將所搭建的基于多維預警機制的隧道施工風險評估體系應用于隧道檢修作業中，通過綜合分析施工現場的地質環境、自然條件因素以及施工機械設備的運轉情況，來對隧道施工過程中的風險因素進行預判，取得了預期的成效。工程試驗相關數據如表2所示。

表2 施工內容及風險評估結果表

4 結語

本文通過對隧道在施工過程中容易發生的安全事故進行了闡述，總結了在隧道施工過程中常見的風險因素及控制措施，通過對基于多維預警機制的隧道施工風險評估體系的搭建，來研究隧道在施工過程中風險評估、事故預警及應對策略，通過工程實例來驗證所提出的隧道施工風險評估體系的正確性與可行性。本文旨在通過對隧道施工風險的評估體系進行深入研究，來尋找保證安全施工的通用性措施，為國內類似工程施工提供一定的理論依據。