隧道施工地質揭露不確定問題及對策探討

摘要 地質復雜區域長大深埋隧道地質災害頻發，究其原因多以“地質不確定”為主，文章基于地質風險評估不確定及其分類基礎上，探究隧道施工環節“地質不確定”誘因及其類型，并提出了隧道施工中相關問題的針對性解決方案。

關鍵詞 公路隧道；隧道施工；地質不確定；解決方法

中圖分類號 U455.4 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2023）08-0137-03

0 引言

隧道施工階段面臨的“地質不確定”與其構造密切相關。隧道施工致災構造表示區域內隧道洞深和周邊不良地質。隧道施工前，未提前采取預處理措施，或超前處置措施不當，導致隧道施工過程中地質災害頻發。近些年來，針對隧道施工風險多以“地質不確定”概述，基于此對“地質不確定”定義進行分析并探究其誘因，針對“地質不確定”的具體類型提出解決方案，為今后隧道施工環節地質災害事故責任認定提供參考，對有效防范此類事故發生有重要的現實意義。

1 風險評估有不確定及其分類

不確定性在風險評估領域類包含兩方面的含義。其一是人們對于風險狀況的情況不了解，其二是對風險認知不清。不確定性可以分為隨機不確定性和認知不確定性兩種類型，前者是由于自然因素導致的不確定或難以評價，后者則與人們認知不到位有關，兩者均會引發風險的難以評估。

隨著針對被研究對象的相關研究不斷深入，由于認知不到位導致的不確定性逐漸減少，認知不確定性也被稱為可降低的認知不確定性，可以通過提高認知水平的方式加以改善。從本質上分析，認知不確定性與評估者的認知能力有關，也被稱為主觀不確定性，為隨機不確定性則具備隨機性，兩者之間沒有明顯的界限。隨著認知的不斷加深，認知不確定性水平降低，隨機不確定性與認知不確定性的關系更緊密[1]。

2 隧道施工地質不確定原因及其類型

2.1 地質不確定產生原因

以隧道項目施工實例為基礎，指出隧道施工“地質不確定”的主要誘因如下：

（1）隧道地質條件復雜。不同隧道項目的施工區域地質條件差異顯著，地質巖性結構會對可能引發的風險類型產生直接影響。施工過程中通過對地質結構的勘測與分析，能夠準確評估致災結構位置、類型、可能引發的災難類型等信息。隧道工程中，合理應用鉆探技術和地球物理勘測技術針對施工區域地形地貌進行勘測，結合相關結果能夠預測風險類型[2]。

（2）勘察及其成果分析。項目工期緊，勘察周期短，可能導致現場勘測結果完整性、準確性不足，從而使相關數據難以有效評估隧道施工區域地質特點，容易導致致災構造勘察不到位，或出現致災構造性質勘察偏差，導致無法準確判斷可能引發的地質災害類型。此外，勘察結果分析人員經驗不足或工作責任心差，對勘察結果分析過于粗糙，導致勘察結果分析精度不佳，未能及時發現隧道洞周圍及一定范圍內的地質信息遺漏，從而導致致災構造處置策略設計針對性不足，或影響隧道開挖輪廓線間巖土盤工程方案，導致相關措施可行性差。

（3）認識不足。缺乏對隧道施工開挖工作面、致災構造間巖土盤類型、隧道施工安全等認知，對不同致災構造類型施工與地質災害類型間的關系認識不到位，同時不了解隧道開挖后致災構造變化可能導致的物理學性能變化，應急處置措施不到位。某隧道DK109+836洞的泥石流情況如圖1所示。結合圖1分析可知，隧道施工的過程中結合地質預報進行了勘測，隧道施工環節對飽水粘土夾破碎巖石塊體坍體流動性的認知不足，引發洞內泥石流災害[3]。

（4）預報和探測。隧道施工需要進行地質預報，尤其是在復雜地質隧道施工中地質預報的作用更加突出。隧道施工的過程中，如果沒有提前進行地質預報，或施工過程中掌子面前方存在由于隧道施工引發的致災構造類型判斷失誤，可能引發隧道施工地質災害。與此同時，地質勘測效果不佳，對隧道開挖輪廓線外致災構造位置判斷不準確、致災構造性質評估不佳等均可能導致地質災害[4]。

2.2 隧道施工“地質不確定”類型

隧道施工地質不確定的誘因眾多，技術不到位、施工周期短、技術人員責任心不強、工作量不足等都可能導致地質勘測結果不準確，從而影響隧道施工區域地質類型的判斷。結合實際情況，可將隧道施工過程中的“地質不確定”分為以下幾種類型：①致災結構位置不確定；②致災結構數量遺漏；③致災結構性質難以判斷；④隧道開挖后致災構造變化情況不確定；⑤致災構造與隧道開挖工作面巖土盤情況不明[5]。

（1）致災構造遺漏或位置不明。施工前，勘察工作不到位導致對致災構造位置確定不準確或存在致災構造遺漏，開挖過程中致災構造與隧道開挖工作面巖石盤過薄，導致施工過程中致災結構被貫穿，突破巖土盤后形成隧道施工洞內泥石流、突水等現象，或在施工過程中直接向隧道內涌流引發洞內泥石流現象。致災構造遺漏或位置確認不準確，施工過程中引發致災構造巖土力學指標出現明顯變化。膨脹巖在空氣中暴露可能引發吸水性膨脹崩解，凝灰巖在空氣中暴露可能引發快速風化，導致圍巖結構變形，產生隧道施工塌方現象，或在高應力環境因素影響下導致軟巖的變形影響施工質量。

（2）致災構造性質不確定。由于對致災構造性質認知不到位，致災構造不確定易導致隧道施工中的地質災害類型難以準確評估，無法采取積極有效的超前與處理措施加以防范，使隧道施工事故難以有效預防。

（3）巖土盤狀態不確定。施工過程中，對致災結構的提前勘測效果不佳，導致無法明確致災結構類型及其與隧道開挖面巖石盤狀態，主要表現為節理裂隙充填物數量、類型、位置無法確定，巖石盤節理裂隙程度不確定，填充物與節理裂隙膠結度難以判斷，節理裂隙面粗糙度無法評估等。此外，巖石盤物理力學性質不確定和力學性質不確定也會導致結構安全難以準確評估，從而對巖土盤最小安全厚度的預留情況、方案設計以及執行情況產生影響[6]。

（4）致災結構情況不明。結合以往施工經驗可知，地質結構相對穩定的情況下，致災結構的物理學性能可查且保持不變，或其變化傾向具備規律性。如果致災結構的構造變化情況未知，則很難準確評估其變化方向和可能引發的災害類型，無法根據其變化情況針對性地采取應對措施。滲水作用或破碎帶被強烈擠壓，導致細小巖石顆粒被大量沖刷，巖層原結構穩定性降低，主要表現為夾帶泥沙，引發黏土顆粒流失，使其結構穩定性降低，長期沖刷作用下引發涌水現象。壓性斷層對破碎帶產生擠壓作用，導致巖石層基本結構框架受損，引發結構性斷層，導致塌方。如果壓性斷層強烈擠壓破碎帶，較多的黏土表現為細小巖石顆粒涌出，隨后滲流水將黏土或細小巖石顆粒帶出進入涌水通道內部，導致間架結構穩定性降低引發塌方[7]。

3 隧道施工地質不確定問題的解決措施

3.1 確保精密勘查、強化勘察和成果專家咨詢

嚴格遵循施工規范，加強勘察并應用先進技術手段，規范性勘察布置情況，認真完成勘察工作量，確保隧道工程地質勘測精度。邀請專家對勘察成果進行精準分析并對技術人員加強培訓，提高從業經驗和勘察水平，通過提升勘察質量和勘察成果分析水平，降低可能出現的“地質不確定”概率，減少隧道施工事故發生率。通過提高勘察精度和強化勘察手段，結合專家對勘察成果的分析，減少對可能存在的隧道洞身及其周邊區域存在的因隧道施工開挖工序導致的地質災害預判不到位，從而針對隧道施工地質災害類型采取超前處置措施。在精密勘查、強化勘察和成果專家咨詢的基礎上，有效減少洞內或洞外人員安全隱患及不良地質性質誤判可能性，降低隧道施工致災構造性質不確定或遺漏導致的災害，為穿越復雜區域的長大深埋隧道項目施工奠定基礎[8]。

3.2 實施隧道施工地質預報和隧道周邊探測

隧道施工地質預報是對隧道施工地質災害發生和危及洞內、洞外人身安全或機械設備安全的不良地質進行探測和預估的有效手段，對隧道施工掌子面存在的開挖致災構造導致的災害或未采取超前預處理措施引發事故類型綜合評估，以及超前預處理措施不當或強度不足導致災害的提前判斷。隧道周邊探測即在隧道施工的過程中對隧道洞身及其周邊區域可能存在的由于隧道施工導致的，未采取超前預處理措施或處理措施不到位、強度不足引起的隧道施工地質災害事件，對人身安全產生威脅事件和影響設備安全的因素進行預測。

實施隧道施工地質預報和隧道周邊探測是提前判斷隧道洞身及其周邊范圍內可能存在的施工風險進行判斷的依據，即探測隧洞和周邊區域可能存在的由于隧道施工引發的，未采取超前預處理、預處理措施不到位以及強度不足等引起的隧道地質災害，危及人身安全風險因素和引發設備故障的不良因素提前評估，是對致災構造位置進行勘察的有效手段。超前鉆孔法探測可直接對重大致災構造的位置和性質進行判斷，是有效解決地質災害性質不確定的重要手段[9]。

3.3 開展隧道施工地質工作

地質勘測工作對隧道施工十分關鍵。準確評估目標施工區域地質類型是決定施工設計的基礎，結合地質素描結果優化施工方案是確保項目順利完工的有效保障。施工掌子面地質素描工序于隧道開挖至致災結構前完成，同時進行隧道洞身地質調研，通過明確地質類型及其特點確定開挖輪廓線與掌子面間關系，為方案執行奠定基礎。通過地質勘測，明確致災結構巖土盤巖土體性質，包括充填物與節理裂隙面的膠結程度，節理裂隙充填及充填性質，節理裂隙面粗糙起伏程度和節理裂隙化程度，通過有效勘查確定巖土盤破壞的基本原理，為加固措施和加固時機的確定提供保障。

3.4 確定致災構造性質與施工地質災害關系、預判致災構造變化

致災結構類型、性質與隧道施工過程中地質災害關系密切，是決定隧道施工地質災害性質的基礎。致災構造以松散第四系堆積物、巖溶充填粘土質粉細砂為主，可能引發隧道圍巖變形，從而導致結構穩定性降低，失穩塌方。致災結構以富水張性斷層帶為主則易引發涌水和圍巖塌方，高地應力環境下軟巖和構造巖則易出現結構變形，繼而引發塌方。

通過預留安全巖土盤、致災結構超前處理等相關措施干預，降低隧道施工過程中存在的地質災害發生率。隧道開挖前，對致災結構的確認和超前預處理措施的實施決定了開挖效率和施工質量。由此可見，施工前評估地質特點并判斷隧道地質災害與致災結構之間的關系，結合地質災害類型實施超前處理干預意義重大。采取對應級別的支護措施，提高致災構造及其圍巖結構穩定性，可有效降低致災構造因隧道施工開挖揭露后結構穩定性下降導致隧道開挖地質災害的概率[10]。

4 結論

綜上所述，勘察不到位、勘察成果分析不準確、隧道施工致災構造遺漏或位置判斷誤差是引發隧道施工中“地質不確定”的關鍵因素。隧道開挖過程中致災結構性質變化是導致地質災害的直接誘因，隧道開挖工作面間巖土盤狀態決定了災害類型。基于此，通過專業勘察、專家評估、強化探測等手段，可以精準掌握致災構造與地質災害的內在關系，以實現對致災構造變化的準確判斷和災害類型的超前預判。針對可能出現的地質災害類型，采取超前處理措施，是減少隧道施工“地質不確定”引發地質災害的有效手段。

參考文獻

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