复杂地质条件下隧道施工风险评估与管控措施

一、引言

隧道作为交通工程的重要组成部分，在跨越山脉、江河等复杂地形时发挥着关键作用。然而，复杂地质条件如断层破碎带、岩溶地区、高地应力区等，增加了隧道施工的难度和风险。这些风险可能导致隧道坍塌、涌水突泥、瓦斯爆炸等事故，不仅造成人员伤亡和财产损失，还会延误工期，影响工程的顺利交付。因此，对复杂地质条件下隧道施工风险进行准确评估和有效管控至关重要。

二、复杂地质条件下隧道施工的主要风险因素

2.1 地质构造复杂带来的风险

2.1.1 断层破碎带

断层破碎带是岩石受到强烈挤压或拉伸后形成的破碎区域，其岩体破碎、完整性差、强度低。在隧道穿越断层破碎带时，容易发生围岩坍塌。

2.1.2 褶皱构造

褶皱构造使岩石层发生弯曲变形，地层产状复杂。在褶皱核部，岩石受到强烈挤压，裂隙发育，岩体稳定性差。隧道在褶皱核部施工时，围岩压力分布不均匀，容易出现局部应力集中，导致衬砌结构开裂、破坏。而且，褶皱构造可能与地下水的赋存和运移有关，增加涌水风险。

2.2 特殊岩土体引发的风险

2.2.1 岩溶

岩溶地区存在大量的溶洞、溶蚀裂隙和地下暗河。隧道施工中遇到岩溶时，可能发生溶洞坍塌，使隧道顶部失去支撑而垮塌。若溶洞内充满水或泥浆，还可能引发涌水突泥事故。

2.2.2 膨胀性岩土

膨胀性岩土具有遇水膨胀、失水收缩的特性。在隧道施工中，当膨胀性岩土暴露在空气中或与水接触后，会发生体积变化，对隧道衬砌产生巨大的膨胀压力。这种压力可能使衬砌结构变形、开裂，甚至破坏。

2.3 地下水作用产生的风险

2.3.1 涌水

地下水丰富的地区，隧道施工时容易发生涌水现象。涌水不仅会影响施工环境，降低施工效率，还可能导致围岩失稳。大量涌水会带走围岩中的细颗粒物质，使围岩结构松散，增加坍塌风险。此外，涌水还可能引发泥石流等地质灾害，对施工人员和设备造成威胁。

2.3.2 水压对衬砌的影响

地下水压力对隧道衬砌结构产生作用。当水压过大时，衬砌结构需要承受更大的荷载，如果衬砌设计不合理或施工质量存在缺陷，就可能导致衬砌开裂、渗漏，影响隧道的防水性能和结构安全。

2.4 高地应力引发的风险

2.4.1 岩爆

在高地应力地区，当隧道开挖使围岩应力重新分布后，局部应力集中超过岩体的强度时，岩体中的弹性应变能突然释放，导致岩石爆裂、弹射，形成岩爆现象。岩爆会对施工人员和设备造成直接伤害，破坏已施工的衬砌结构，影响施工进度。

2.4.2 大变形

高地应力还可能导致隧道围岩发生大变形。围岩变形过大，会使初期支护和二次衬砌承受过大的压力，导致支护结构变形、开裂，甚至失效。大变形不仅增加了施工成本，还可能影响隧道的净空尺寸，威胁运营安全。

三、复杂地质条件下隧道施工风险评估方法

3.1 层次分析法（AHP）

层次分析法是一种将复杂问题分解为多个层次，通过两两比较确定各因素相对重要性的方法。在隧道施工风险评估中，首先将风险因素分为目标层、准则层和指标层。目标层为隧道施工风险评估；准则层包括地质构造、特殊岩土体、地下水、高地应力等风险因素类别；指标层则是具体的风险因素，如断层破碎带、岩溶等。通过专家打分的方式确定各层次因素之间的相对重要性权重，然后计算出综合风险值。

3.2 模糊综合评价法

模糊综合评价法是利用模糊变换原理，对受到多个因素影响的事物进行综合评价的方法。由于隧道施工风险具有模糊性和不确定性，模糊综合评价法非常适用。首先确定评价因素集和评价等级集，评价因素集即各种风险因素，评价等级集可分为低风险、较低风险、中等风险、较高风险、高风险等。然后通过专家评价或数据分析确定模糊关系矩阵，结合各因素的权重，利用模糊合成运算得到综合评价结果。

3.3 基于数值模拟的风险评估

借助有限元、离散元等数值模拟软件，对隧道施工过程进行模拟分析。在模拟中考虑复杂地质条件下围岩的力学特性、地下水渗流、施工步骤等因素，预测隧道施工过程中的围岩变形、应力分布、涌水量等参数。根据这些预测结果评估施工风险。

四、复杂地质条件下隧道施工风险管控措施

4.1 地质勘察与超前地质预报

4.1.1 详细地质勘察

在隧道工程前期，进行详细的地质勘察工作。采用地质测绘、钻探、地球物理勘探等多种方法，全面了解隧道沿线的地质构造、岩土体性质、地下水分布等情况。对于复杂地质区域，加密勘察点，提高勘察精度，为后续的设计和施工提供准确的地质资料。

4.1.2 超前地质预报

在隧道施工过程中，运用超前地质预报技术，如 TSP（隧道地震波探测）、地质雷达、超前钻探等，提前探测前方的地质情况。通过超前地质预报，及时发现断层破碎带、岩溶、富水区域等不良地质体，为制定针对性的施工方案提供依据。

4.2 施工技术措施

4.2.1 合理的开挖方法

根据不同的地质条件选择合适的开挖方法。在围岩稳定性较好的地段，可采用全断面开挖法，提高施工效率；在围岩稳定性较差的地段，如断层破碎带、岩溶区域等，采用台阶法、CD 法（中隔壁法）、CRD 法（交叉中隔壁法）等分部开挖方法，减小开挖对围岩的扰动。

4.2.2 加强支护与衬砌

针对复杂地质条件下的隧道施工，加强初期支护和二次衬砌。初期支护采用锚杆、喷射混凝土、钢支撑等联合支护形式，及时封闭围岩，提供支护抗力，控制围岩变形。二次衬砌采用钢筋混凝土结构，提高衬砌的承载能力和防水性能。在高地应力地区，可采用可缩性钢支撑，适应围岩的大变形。

4.2.3 地下水处理措施

对于涌水问题，采取“排、堵、截、防”相结合的综合处理措施。在隧道内设置排水系统，如排水沟、排水盲管等，将涌水引排至洞外；对于涌水量较大的地段，采用注浆堵水的方法，加固围岩，封堵涌水通道；在隧道周围设置截水帷幕，拦截地下水，减少涌水量；同时，做好隧道的防水工作，采用防水板、止水带等材料，防止地下水渗漏进入隧道。

五、结论

复杂地质条件下隧道施工面临着诸多风险，这些风险严重影响施工安全和工程质量。通过对地质构造、特殊岩土体、地下水、高地应力等主要风险因素的分析，运用层次分析法、模糊综合评价法、数值模拟等风险评估方法，可以对隧道施工风险进行准确评估。在此基础上，采取地质勘察与超前地质预报、合理的施工技术措施、科学的施工管理措施以及完善的应急预案与应急救援等管控措施，能够有效降低风险，保障隧道施工的安全、高效进行。在今后的隧道工程建设中，应不断总结经验，进一步完善风险评估与管控体系，提高复杂地质条件下隧道施工的风险管理水平。

参考文献：

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[2] 王强，张悦。基于模糊层次分析法的隧道施工技术风险评估及管控[J]. 现代隧道技术，2024 (03): 120-128.

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