复杂地质条件下隧道施工塌方风险评估

复杂地质条件下隧道施工塌方风险评估

何顺心

广州地铁集团有限公司 510000

摘要：为推动地铁交通产业顺应时代的发展趋势，提高地铁隧道施工技术已经演变为重要事项之一，特别是在地质条件相对复杂的环境下，提高其施工技术已经演变为保证项目施工水平的关键因素，同时也是充分保证地铁隧道运营安全性的前提条件。因此，本文从如下几个方面加以论述，仅供参考。

关键词：复杂地质；地铁隧道；施工

引言

作为交通领域的重要组成部分，铁路交通有较重运输任务，而在铁路工程施工时，常会碰到复杂的地质环境，在经过这些复杂地质环境时，常需要修建隧道以顺利通过。隧道施工是铁路工程的一项重要内容。因此，需要对铁路隧道施工的关键技术进行分析研究，切实把握隧道施工技术的要点。

1构建隧道施工塌方事故鱼骨图

绘制隧道施工塌方事故鱼骨图前，需要对隧道施工塌方事故的致因进行分析。通过文献查阅与相关案例调查，结合工作经验，本文分析整理了引起隧道施工塌方事故发生的原因，并将其分为水文地质、勘察设计、工程特性、施工技术、现场管理5类。1)水文地质。大部分隧道施工塌方事故的发生都与其所处的水文地质条件有着联系，影响因素主要包括围岩性质、偏压、地下水及地表降水。一般而言，围岩等级越高稳定性越差，透水性越强抗风化能力越弱，隧道施工发生塌方事故的概率也就越大。地形不对称或者地质岩层引起隧道结构偏压，会导致隧道所受荷载不对称，尤其对于浅埋洞口段，很容易由于隧道偏压导致塌方事故的发生。地下水与隧道建设有着重要的联系，不仅可以直接导致隧道涌水冒泥，还可能软化敏感性围岩、溶蚀可溶性围岩，导致隧道的强度与承载力降低。地表降水严重影响着隧道洞顶的承载能力，还会使得地表压力增大，导致塌方风险大大增加。2)勘察设计。勘察或设计缺陷会给后续隧道施工带来极大的安全影响。隧道工程常见的勘察或设计缺陷主要表现为地勘不详或不实，以及支护衬砌设计不合理。地勘报告是隧道规划、设计、施工、管理及运行的重要基础资料，地勘不详或不实会对隧道施工的安全可靠性、技术可能性及经济合理性产生极大的影响。隧道支护与衬砌是保证隧道的安全关键结构，直接影响着隧道建设的质量与安全，不合理的支护衬砌设计极易导致隧道塌方事故的发生。3)工程特性。隧道工程的自身结构特点与工程特性对于塌方事故的发生有着重要的影响，主要表现为隧道结构的埋深与断面面积两个方面。相关研究表明，埋置较深的隧道发生塌方事故占比(42．9%)要远高于埋置较浅的隧道发生塌方事故占比(17.1%)。随着隧道开挖断面面积的增大，隧道结构受力也越加复杂，受外部环境的影响也将越大，施工难度也将越高，也越容易由于围岩失稳坍塌而发生塌方事故。4)施工技术。施工技术往往是隧道施工塌方事故最直接的原因。相关研究表明，由于施工技术导致的隧道施工塌方主要表现为开挖方式不合理、支护或衬砌方式或时机不合理、施工质量存在缺陷以及监控量测不及时或不到位等。5)现场管理。除去环境及技术因素外，施工现场的管理也会对隧道施工安全起着十分重要的作用。一般而言，隧道施工塌方事故的背后，往往伴随着现场管理混乱、安全质量检查监督落实不到位、安全技术交底效果差、缺乏针对性防护与管理措施等管理缺陷问题。

基于以上分析，对隧道施工塌方事故进行进一步梳理，绘制隧道施工塌方事故鱼骨图(见图1)。

图1隧道施工塌方事故鱼骨图

2复杂地质条件下隧道施工塌方风险评估

2.1评估指标体系构建

为了及时感知地铁隧道施工中的塌方风险，在开展相关研究前，需要进行塌方风险评估指标体系的构建。虽然不同工程项目施工特点不同，但各类型工程都具有施工风险的共性特征；对指标进行细化与筛选，优选指标集合中影响力较大、重要性更高的指标，将评价指标控制在5~10个范围内。

2.2盾构掘进工艺控制

在盾构掘进过程中，首先，要对盾构机姿态进行控制，利用自动测量与人工复核两种方法同时对盾构机姿态进行调整。通常在盾构掘进时会设置拟定施工参数，应在这一基础上进行土压力、掘进速度以及出土速度的确定。并对盾构机扭矩、行程等数据进行分析，以达到更好的控制效果。盾构始发时应进行质量控制，将始发架的位置进行确定，使盾构机持续保持抬头状态，控制盾尾间隙，使盾构机与管片处于良好的相对关系中。

2.3地下水的治理

在地铁隧道施工过程中，必须充分考虑土壤的处理工作，因为地铁隧道施工会受土壤的危害。在对地铁隧道工程开展建设时，如果是复杂地质条件，就会出现土壤的处理工作，而且有相当的困难。隧道工程的实施会产生保护结构，它的功能是提高建筑的稳定性，但土壤会对其形成危害。隧道项目的施工安全事故，主要是由地下水引起的，如隧道的塌方、隧道顶部破裂等，所以在对复杂地质下的地铁隧道项目进行开挖前，就必须进行对地下水的处理施工。首先，可以使用衬砌来实现治理的目的。其次，也可以使用排水方法。排水方法的使用要建立在因地制宜的原则上。要想有效提高隧道开挖的治理效益，可采用导坑排水方法、超前开挖技术等。在对地下水进行处理中，较为高效的一项工艺就是小导管灌浆工艺，通过这种工艺，可以对泥浆种类做出筛选，因此能够满足不同的复杂地质要求。这项工艺之所以高效，在于其可以对水玻璃胶和混凝土的特性做出调整。此外，有关部门还应十分重视注浆材料管理工作，对注浆材料的压力大小和注胶量进行严格控制，小导管注浆材料的待注胶量达到规定总量80%以后才可完成。

2.4防排水施工

修整初支面。在施工防排水之前，需进行初支面的修整，将锚杆头和锁脚等外露的部分割除，并将支护面补平，特别是对围岩等级为Ⅲ的地段，应确保有10cm以下的平整度。安装排水板。通过水泥钉和塑料垫圈在初支岩面中按照8~10m间隔一道的方式钉入排水板，此外，应及时调整初期支护渗透水的位置的排水板，以确保排水板处于渗水处。安装土工布。以人工方式固定土工布铺设边，通过水泥钉和热熔垫圈在初支岩面中钉入土工布，此时，需确保热熔垫圈数量满足要求。固定排水盲管。以土工布反包的方法固定排水盲管，并将反包用排水板也一并固定。添加无砂混凝土后，即可在排水盲管中接入135°的弯头。焊接和固定排水板。以全自动热熔爬焊机进行防水板焊点的施工，防水板搭接宽度为15cm，并且还需焊接反包盲管和拱墙的排水板。固定溶垫圈和排水板，并结合现场围岩的初支情况预留拱部的松铺系数，一般情况下多为5%~10%，以全自动热熔爬焊机搭接防水板。

结语

经分析，发现采用鱼骨图与AHP对隧道塌方事故的致因进行分析梳理，明确了隧道塌方事故的致因体系，确定了隧道塌方事故的关键致因。施工技术因素与水文地质条件是引起隧道塌方事故的最主要致因，在进行隧道塌方事故防控时，应进行重点关注与管理。可通过采用科学合理的隧道施工方案与技术建立安全风险管理体系，落实监控量测，提升勘察设计质量，防控隧道塌方事故发生。

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