双连拱隧道施工技术与风险控制策略研究

韦庭昌

(广西长长路桥建设有限公司，广西 南宁 530003)

随着我国隧道工程领域技术的不断发展和进步，每年都有很多隧道顺利竣工并通车，这其中不乏一些高标准、高技术含量的隧道工程，如高海拔冻土地区的隧道施工、喀斯特岩溶地质条件下的隧道施工等，部分隧道施工技术在国际上处于领先地位。近年来，连拱隧道的施工技术逐渐成为岩土道桥专业所研究的重点课题，这是因为连拱隧道在具体施工过程中有着复杂的施工技术和较高的施工标准。而且连拱隧道具有抗震能力强、使用寿命长等特点，作为连拱隧道中比较有代表性的隧道结构，双连拱隧道的施工技术具有一定的研究价值，这是因为双连拱隧道在连拱隧道中具有施工通用性及技术的可移植性。本文以双连拱隧道为例，详细分析了此类隧道在施工过程中的常见问题，在归纳了双连拱隧道的主要施工技术之后，对施工过程中的风险因素进行深入研究，并提出了具体的风险控制策略[1]。

1 双连拱隧道施工常见问题

1.1 隧道施工裂缝

隧道在施工过程中所产生的裂缝比较常见，其原因主要有以下几种：由于外部荷载而引起的裂缝、由隧道岩体的结构应力而引起的裂缝以及由于温湿度、收缩膨胀而引起的裂缝和由于隧道岩体各处的不均衡沉降所引起的裂缝。这其中尤以岩体形变而引起的裂缝最为常见，研究发现，由于岩体形变而引发的裂缝占所有种类裂缝的70%以上[2]。常见的隧道施工裂缝如图1所示。

图1 隧道施工常见裂缝示例图

1.2 隧道结构失稳

双连拱隧道在施工过程中，常常因围岩结构内部应力与各导洞施工的压应力之间的差异性而使隧道整体结构的稳定性减弱，而隧道底部基岩的载荷能力与岩体开挖步骤有直接关系，双连拱隧道的结构决定了其在施工过程中对周围岩体以及施工技术具有特定要求。另一方面重要的因素是施工人员将一般的隧道施工方案直接应用到双连拱隧道的施工中，并没有具体考虑到双连拱隧道的工程实际以及预期要达到的施工标准，因此，隧道结构的稳定性通常不达标[3]。

1.3 围岩破坏严重

围岩的载荷能力直接决定了隧道的稳定性。通常来讲，围岩与基岩的结构和成分大体相同，但在个别情况中，在同一隧道的现场施工条件下，围岩和基岩的成分和结构特性却不尽相同，这使得施工人员在对围岩的施工中，将基岩与围岩的施工方法相混淆，致使围岩破损严重，给施工带来了极大的安全隐患。在基于双连拱隧道的围岩施工前，应对施工现场围岩、基岩部分进行详细和权威的勘探，在充分获取真实的工程数据后，方可进行施工[4]。

2 双连拱隧道主要施工技术分析

2.1 施工数值监测技术

因为双连拱隧道施工技术的复杂性，所以在施工过程中对施工数值的监测显得尤为必要，数值监测技术是近年来伴随各类基础工程的研究而发展起来的一项工程类控制技术，旨在施工过程中对各阶段进程进行有效监测，通过先进的施工数值监测系统进行自动的分析和计算，来获取实时准确的施工数据；通过后台调用类似工程的历史数据来合理评估施工方案的可行性，并自动生成危险点分析以及风险控制策略报表，为后续工程的部署和改进提供决策支持[5，6]。双连拱隧道施工数值监测系统流程如图2所示。

图2 双连拱隧道施工数值监测系统流程图

2.2 施工形变预报技术

统计表明，多数隧道的施工事故或危险隐患均是因为没有得到及时的预报，即无法做到有效的预警而引起，因此，良好的预报技术对于连拱隧道在施工过程中事故的降低具有重要意义。形变预报技术又称为形变预警技术，是当今双连拱隧道施工中比较前沿的事故预警技术，属安全控制技术范畴，大多应用了传感测量、遥感预警以及大数据等核心技术，或将上述技术有效地对接与融合，实现双连拱隧道施工过程中各类岩体形变的有效预报，将施工风险降至最低[7，8]。

2.3 稳定性控制技术

在各类隧道的施工过程中，都会在不同程度上产生稳定性的问题。以双连拱隧道施工为例，在导洞开挖过程中，如果不及时采取适当的支护措施，将对隧道周围岩体稳定性造成严重影响。在双连拱隧道施工的稳定性控制方面，当前较为常用的措施有：基于Matlab的施工稳定性评估系统、基于FLAC的施工稳定性综合评价系统以及基于可视化结构的施工稳定性事前预警系统。其中基于Matlab的施工稳定性评估系统因其具有良好的三维建模特性，在实际的施工过程中应用比较广泛。

3 双连拱隧道施工风险控制措施

为确保双连拱隧道在施工过程中的安全性和稳定性，将施工风险降到最低，有必要采取相应的风险控制措施。风险控制的一般程序为风险识别、风险评估和综合控制。

3.1 隧道施工风险识别

此阶段对于隧道在施工过程中的风险控制具有最基础性的作用，风险识别过程即根据施工前的一些工程数据、参数来对施工风险进行识别，这类工程数据一般包括岩体震动指数、地下水处理指标以及围岩软弱程度等。通过对这些参数的有效分析，能够筛选出有可能造成施工风险的因素，进而采取必要措施对这些因素进行规避或减弱[9]。

3.2 隧道施工风险评估

对于已识别出的可能影响施工稳定性及安全性的施工风险，应对其影响程度和波及范围进行评估，并生成具有统计学意义的评估报告。在当前欧美等发达国家的隧道施工风险评估领域，这类数据的获取通常利用云计算、大数据平台来完成，也可从以往的经验数据来获取，对于隧道施工的风险评估工作，国外起步较早，通过不断探索和技术积累已取得显著效果。

3.3 施工风险综合控制

施工风险综合控制是将上述措施进行有效整合而形成的一种综合性风险管控，涵盖了施工风险识别、风险评估等各个方面，能够比较系统地对施工过程中的危险因素和影响范围作出准确的估计，从一些与连拱隧道施工风险相关的文献来看，国内目前已有类似的风险综合控制系统，如基于连拱隧道的施工风险综合评估系统、基于多路径的连拱隧道施工实时在线数据系统等，均能通过现场的施工数据来对整体施工风险进行评估，并及时采取应对措施[10]。施工过程中的作业内容及风险控制措施如表1所示。

表1 施工过程中的作业内容及风险控制措施表

4 结语

双连拱隧道的施工技术一直以来都是业内所研究的重点内容，本文通过对此类型隧道施工技术的深入研究，详细分析了在施工过程中的常见问题及应对策略，对于双连拱隧道在施工过程中容易产生事故的风险因素，本文作了深入讨论，并提出了有效的风险控制策略。值得注意的问题是，有关双连拱隧道在施工过程中人员技能及设备使用方面所存在的风险因素，本文未作讨论，这方面的问题将在今后的工作中做深入研究。本文内容仅作为双连拱隧道施工技术方面的理论研究，具体的工程应用效果有待于实际的施工工程中进一步验证。

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[3]吴梦君，蒋树屏，张永兴，等.大跨扁平连拱隧道复合式中墙优化研究[J].公路交通科技，2010，27(2)：85-90.

[4]李森林.基于块体理论的隧道围岩稳定性研究及其可靠度分析[D].长沙：长沙理工大学，2007.

[5]贡金鑫，仲伟秋，赵国藩.工程结构可靠性基本理论的发展与应用[J].建筑结构学报，2002，23(4)：2-9.

[6]石家庄铁道学院.隧道稳定性位移判别准则研究[R].铁道部铁建科字第94-11号，1996.

[7]朱永全，景诗庭，赵玉成.大变形隧道极限位移的计算模拟[J].石家庄铁道学院学报，2000，13(3)：75-78.

[8]张 威.Matlab基础与编程入门[M].西安：西安电子科技大学出版社，2008.

[9]GB 50218-94，工程岩体分级标准[S].

[10]JTG D70-2004，公路隧道设计规范[S].