陸春寧

(廣西長(zhǎng)興工程建設(shè)有限公司，廣西 南寧 530023)

0 引言

隧道工程在縮短通車?yán)锍獭⑻岣呓煌ㄟ\(yùn)輸效率方面的作用不言而喻，隨著我國(guó)巖土道橋和機(jī)械工程等領(lǐng)域技術(shù)的不斷發(fā)展，在地形較為復(fù)雜的區(qū)域建設(shè)隧道已不再成為難題，每年都有數(shù)量眾多的隧道竣工并投入使用，為國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)提供了基礎(chǔ)支撐。我國(guó)隧道工程的施工技術(shù)在經(jīng)過(guò)了數(shù)十載的積累、摸索及改進(jìn)之后，現(xiàn)已形成具有一定廣度和深度的施工技術(shù)體系，部分隧道施工技術(shù)在國(guó)際上首屈一指。隧道在施工過(guò)程中的安全風(fēng)險(xiǎn)控制技術(shù)一直以來(lái)都是業(yè)內(nèi)所關(guān)注和研究的重點(diǎn)課題，隧道在施工中的潛在隱患和安全風(fēng)險(xiǎn)一般不易被施工人員發(fā)現(xiàn)，隱蔽性較高，這是由隧道工程的施工周期較長(zhǎng)、施工現(xiàn)場(chǎng)圍巖的穩(wěn)定性差異較大所決定的。相關(guān)施工數(shù)據(jù)表明，隧道的施工質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)屬于共性問(wèn)題，一般表現(xiàn)為施工過(guò)程中的安全措施落實(shí)不到位等，包括組織管理方面、人員技術(shù)方面以及施工設(shè)備等方面[1][2]。

1 隧道施工常見風(fēng)險(xiǎn)因素分析

1.1 突水涌泥

突水涌泥在隧道施工過(guò)程中比較常見，一般由于土體和地層中的水體力學(xué)平衡狀態(tài)被打破所致，且在沒有得到及時(shí)防護(hù)時(shí)，可引起水與土體的混合物一并涌入開挖洞室中，具體來(lái)說(shuō)當(dāng)水流速度>0.1 m/s時(shí)稱之為突水，突水中泥沙含量超過(guò)50%時(shí)稱之為涌泥。突水涌泥所引起的隧道風(fēng)險(xiǎn)實(shí)質(zhì)是隧道圍巖富水層結(jié)構(gòu)遭到破壞，進(jìn)而引起水動(dòng)力學(xué)以及圍巖力學(xué)狀態(tài)的急劇變化，導(dǎo)致貯存于地下水中的能量被瞬間釋放出來(lái)，并以高速流體的方式向隧道內(nèi)涌入。隧道施工中的突水涌泥風(fēng)險(xiǎn)危害極大，應(yīng)在具體的工程施工中予以高度重視，做好相關(guān)的安全措施，保證施工設(shè)備及施工人員的安全[3][4]。

1.2 內(nèi)壁坍塌

內(nèi)壁坍塌一般在隧道的施工過(guò)程中較為罕見，但仍有發(fā)生的極小概率。內(nèi)壁坍塌一般由初期襯砌以及二次襯砌的方法不當(dāng)，以及實(shí)際的支護(hù)措施與工程施工環(huán)境、條件不符所引起。內(nèi)壁坍塌會(huì)使隧道遭到嚴(yán)重?fù)p毀，屬于重大施工風(fēng)險(xiǎn)因素。隧道內(nèi)壁一旦坍塌便會(huì)引起大范圍的連鎖反應(yīng)，如隧道圍巖的進(jìn)一步破壞以及施工周邊環(huán)境土質(zhì)以及巖層的擾動(dòng)等。這種因施工措施準(zhǔn)備不足以及施工組織、管理不到位等而引起的隧道內(nèi)壁坍塌事故一般會(huì)造成較大的經(jīng)濟(jì)損失[5]。因此，在施工之前一定要做好相關(guān)準(zhǔn)備措施，對(duì)施工機(jī)械設(shè)備進(jìn)行全面檢查、校驗(yàn)，對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的地質(zhì)構(gòu)造進(jìn)行精準(zhǔn)的勘測(cè)、預(yù)判，選擇最適合的隧道施工方案。此外，還應(yīng)對(duì)施工技術(shù)人員的資質(zhì)進(jìn)行核驗(yàn)，必要時(shí)進(jìn)行安全規(guī)程以及特種作業(yè)人員的崗前培訓(xùn)、考試，經(jīng)考試合格后方可進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)施工。制定具體的事故應(yīng)急處置預(yù)案，保障工程施工的順利、安全、如期進(jìn)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?zhǔn)椒磻?yīng)，通常也稱之為連鎖反應(yīng)，爆炸混合物在吸收一定的火源所引發(fā)的能量之后，反應(yīng)分子鏈立刻斷裂，隨后分解成多個(gè)游離基(自由基)，這類游離基化學(xué)活性較大，逐漸演變成連續(xù)反應(yīng)的活化中心，在一定的條件下，各游離基進(jìn)一步分解，再次生成多個(gè)游離基，此過(guò)程往復(fù)循環(huán)，隨著游離基的逐漸增多，其化學(xué)反應(yīng)的速度也變得越來(lái)越快，以至發(fā)展成最終的燃燒或爆炸等氧化反應(yīng)。因此，隧道內(nèi)瓦斯爆炸的本質(zhì)是一定濃度的甲烷與空氣的混合物中度作用下所引發(fā)的激烈氧化反應(yīng)。隧道內(nèi)瓦斯爆炸在我國(guó)隧道的施工史中比較罕見，如果發(fā)生此類施工事故一般都會(huì)造成重特大人身傷害或死亡事故，應(yīng)在施工過(guò)程中對(duì)隧道內(nèi)部的氣體成分做好監(jiān)測(cè)工作，對(duì)隧道內(nèi)的通風(fēng)設(shè)施進(jìn)行檢查，確保良好的作業(yè)環(huán)境，保障人身安全，避免隧道瓦斯爆炸的情況發(fā)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(guò)程中會(huì)產(chǎn)生各類有毒有害氣體，如施工的柴油機(jī)械設(shè)備等所產(chǎn)生的尾氣等，開挖過(guò)程中大型機(jī)械設(shè)備與圍巖切割、鉆孔等引起物化反應(yīng)，巖層中的顆粒物在高溫、高壓及高速機(jī)械設(shè)備的鉆磨下成分發(fā)生改變，進(jìn)而向隧道中釋放各類有毒有害氣體。部分有毒有害氣體無(wú)色、無(wú)味，潛在的安全隱患較大，隧道內(nèi)一旦發(fā)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(yīng)加大對(duì)隧道內(nèi)部通風(fēng)設(shè)施、設(shè)備的檢查力度，定期檢測(cè)隧道內(nèi)氣體成分及濃度，及時(shí)排查各類施工風(fēng)險(xiǎn)因素。

1.5 觸電

隧道內(nèi)大型機(jī)械施工設(shè)備的作業(yè)需要敷設(shè)多條高壓電纜組成動(dòng)力線路，這在無(wú)形中增加了人員觸電的風(fēng)險(xiǎn)，因此，在施工前期檢查施工機(jī)械設(shè)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(dòng)力機(jī)械設(shè)備無(wú)短路及漏電情況的發(fā)生。當(dāng)施工人員因觸電而發(fā)生暈厥時(shí)，應(yīng)立即將受傷人員抬出隧道，在空曠且通風(fēng)良好的地方進(jìn)行心肺復(fù)蘇，并同時(shí)撥打急救電話，爭(zhēng)取第一時(shí)間對(duì)受傷人員及時(shí)搶救。觸電事故在隧道施工過(guò)程中發(fā)生的概率極低，一般多發(fā)生在人員誤操作或走錯(cuò)間隔等情況下，應(yīng)在施工過(guò)程中對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境充分了解，并做好防觸電措施。心肺復(fù)蘇法流程如圖2所示。

圖2 心肺復(fù)蘇法流程圖

2 基于多維預(yù)警機(jī)制的隧道施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系

2.1 需求分析

隧道施工過(guò)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(guò)程中通過(guò)技術(shù)手段來(lái)準(zhǔn)確預(yù)判施工風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，并及時(shí)采取相應(yīng)的應(yīng)急處置措施，是工程技術(shù)界一直以來(lái)所研究的重點(diǎn)內(nèi)容。從已有的文獻(xiàn)來(lái)看，多數(shù)隧道施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系遵循高精度、大數(shù)據(jù)、深覆蓋的預(yù)測(cè)特點(diǎn)，隧道施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系的搭建應(yīng)以具體的施工環(huán)境和施工設(shè)備為出發(fā)點(diǎn)，綜合狀態(tài)監(jiān)測(cè)、信息處理等技術(shù)措施來(lái)實(shí)現(xiàn)[8][9]。各類施工監(jiān)控及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系的功能需求及所需技術(shù)架構(gòu)如表1所示。

表1 施工監(jiān)控及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系的

2.2 評(píng)估體系搭建

針對(duì)隧道在施工過(guò)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(yù)警機(jī)制的隧道施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系，該體系以Spark平臺(tái)實(shí)時(shí)在線工程施工數(shù)據(jù)分析為主要架構(gòu)，通過(guò)施工現(xiàn)場(chǎng)的多維數(shù)據(jù)(包括時(shí)間、坐標(biāo)、圍巖成分、強(qiáng)度、施工機(jī)械設(shè)備的數(shù)量、型號(hào)等)來(lái)對(duì)施工過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行綜合預(yù)判，并通過(guò)Spark數(shù)據(jù)分析平臺(tái)對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，得到當(dāng)前施工的安全風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)，為施工人員采取對(duì)策提供支持[10]?；诙嗑S預(yù)警機(jī)制的隧道施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系如圖3所示。

圖3 基于多維預(yù)警機(jī)制的隧道施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系示例圖

3 工程實(shí)例驗(yàn)證與結(jié)果分析

為進(jìn)一步驗(yàn)證所提出的基于多維預(yù)警機(jī)制的隧道施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系的實(shí)際工程應(yīng)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(yù)警機(jī)制的隧道施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系應(yīng)用于隧道檢修作業(yè)中，通過(guò)綜合分析施工現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)環(huán)境、自然條件因素以及施工機(jī)械設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，來(lái)對(duì)隧道施工過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行預(yù)判，取得了預(yù)期的成效。工程試驗(yàn)相關(guān)數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 施工內(nèi)容及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果表

4 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)隧道在施工過(guò)程中容易發(fā)生的安全事故進(jìn)行了闡述，總結(jié)了在隧道施工過(guò)程中常見的風(fēng)險(xiǎn)因素及控制措施，通過(guò)對(duì)基于多維預(yù)警機(jī)制的隧道施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系的搭建，來(lái)研究隧道在施工過(guò)程中風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、事故預(yù)警及應(yīng)對(duì)策略，通過(guò)工程實(shí)例來(lái)驗(yàn)證所提出的隧道施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系的正確性與可行性。本文旨在通過(guò)對(duì)隧道施工風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估體系進(jìn)行深入研究，來(lái)尋找保證安全施工的通用性措施，為國(guó)內(nèi)類似工程施工提供一定的理論依據(jù)。