关键词：岩溶；隧道；风险评估；灾害防治
我国幅员辽阔，铁路、公路分布广泛，无论是高山平原都大量存在。公路、铁路的建设必定会穿越高山、峡谷，修建隧道就成为一种重要的建设方式，尤其在我国西部，大量岩溶地貌存在，隧道建设势必会涉及岩溶地区，由于岩溶地貌极易发生涌水、垮塌等地质灾害，极大程度上威胁施工和隧道运营安全。因此，对岩溶隧道施工危害进行风险评估，全面分析其易发生的地质灾害，并提出相应的灾害防治措施，可有效地指导岩溶隧道施工，为类似工程的施工、管理提供参考。
1岩溶隧道施工风险
1.1隧道涌水
由于岩溶隧道有大量岩溶的存在，且部分岩溶难以在工程开始之前被勘探，溶洞中一般含有大量的水，其包含多种化学成分，对隧道岩体和隧道衬砌结构都有一定的腐蚀作用，腐蚀后的岩体强度会极大的降低，隧道涌水极有可能出现，给正常施工造成很大的安全隐患。涌水的产生不仅与溶洞存在有关，还与地下水、降雨、河湖水的渗流等相关联，水压力的作用可导致隧道围岩压力的增大，裂缝不断扩展，在经过不断外力振动和风化后岩体破裂，地下水涌出，也会发生隧道涌水现象。在施工阶段会给施工造成极大困难，严重的甚至无法施工。在隧道运营期若出现涌水，则很大程度上会影响车辆、行人的安全，造成不可估量的损失。同时，隧道长期的高水位将软化地基，极易发生岩溶塌陷地质灾害。
1.2隧道垮塌
岩溶地区溶洞的存在使得隧道形成大量的空腔，该部分围岩没有较好的支护作用，在外力作用下也容易发生垮塌。统计国内外隧道塌方、岩爆、瓦斯爆炸、大变形以及涌水突泥等灾害信息共969条，共有塌方事件483起，占总数的49.9%[1]。溶洞中大量存在的水也会软化岩体，导致岩体力学强度降低。加之隧道建设地区地形复杂，地质结构中大量的次生结构面切割岩体，围岩整体稳定性降低，这也是造成隧道塌方的重要原因。
1.3隧道爆破
岩溶地区隧道施工常用到爆破开挖，隧道爆破不仅可以提高工程施工效率，也能解决开挖过程中大型岩体的清除。但爆破容易对相邻隧道造成影响，对围岩稳定性都有一定的伤害。爆破过程中，若遇到含有大量瓦斯的隧道地段，瓦斯达到一定浓度在明火作用下也会发生爆炸，其高浓度的甲烷等气体会给施工造成极大困难，有的甚至危害人员的生命健康。随着隧道施工技术的不断发展和进步，有关瓦斯气体成分检测的设备和技术也在不断更新，一体化的瓦斯气体监测系统在不断完善，具有更高的准度和精度，在极大程度上预防了山区隧道瓦斯爆炸施工事故的发生[2-3]。
2 风险评估方法
风险评估可在一定程度上对施工进行预测和管理，许多学者对此做了大量研究，岩溶隧道施工风险评价常用的方法有灰色理论[4-5]、距离判别法[6-7]、可拓学理论[8-9]、AHP[10]。岩溶地区地质环境较其他地区更为复杂，风险评估评价指标选取更为特殊。
2.1风险指标选取
根据大量工程实践，结合大量岩溶隧道工程特点，其施工风险评价指标选择如表1，在隧道建设过程中，必须加强对灾害的防治，合理预测可有效地预防灾害发生。
表1 岩溶隧道施工风险评价指标
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2.2风险评估方法
（1）层次分析法
层次分析法[11]是美国运筹学家提出的一种非数学模型决策的方法。该方法采用多层次、递进式的分析模式，判断各层次、各指标的重要程度，通过专家赋值的方法来获得指标权重。层次分析法的赋值标准一般如表2所示：
表2 层次分析法赋值标准
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（2）灰色关联分析
灰色关联度分析的一般步骤为：原始数据变换、计算关联系数和关联度、关联序的排列[12]。它主要通过数据曲线之间接近程度的比较来判断之间的相互联系情况。总体来讲，当曲线形状变化较接近时，其变化的趋势也越来越接近，数据之间的关联程度就会越大；当曲线的集合形状差别很大时，变化趋势也相差很大，关联程度就越小。
（3）模糊综合分析法
模糊综合评价［13］是建立在模糊变换原理和最大隶属度基础上的，综合分析评价目标及其评价特征属性的相关因素，以此来进行等级评价。该方法的一般步骤为：模糊综合评价指标的构建、采用构建好权重向量、构建评价矩阵、评价矩阵和权重的合成。主要实现评价指标隶属度转化为需要的目标隶属度，转化过程中要充分考虑转化方法是否合理以及指标权重和指标隶属度的有效。模糊层次分析法基于模糊数学隶属度实现了将分析指标从定性到定量的转化，但该方法也具有一定的主观性。
（4）遥感技术及GIS
遥感技术和地理信息系统（GIS）都是通过现代信息技术来获取相关信息，掌握隧道相关动态，将收集到的数据进行整合，再结合相关的数学方法和信息技术来分析隧道施工存在的风险。两种技术的结合可以快速获取信息，可有效地进行空间综合分析，实现动态预测，现阶段已得到广泛应用。
3 岩溶隧道灾害防治
3.1超前地质预报
隧道建设过程中会遇到不良工程地质，这种地质状况具有不确定性，常规手法很难对其做出精准判断，通过分析大量隧道施工情况可发现，由于受地质勘察深度、精度及经费等诸多条件的限制，根据地质勘察资料做出的设计与实际不符的情况常有发生，给隧道施工造成极大的危害。随着国家对环境保护和安全生产的日益重视，对隧道施工期超前地质预报提出了更高的要求。在隧道开始施工前期，地质勘探部门应对所选线路进行详细勘探，对可能出现的地质灾害做细致规划。岩溶隧道出现溶洞的概率极大，有的溶洞在隧道隐伏区，难以勘测，在施工工程中遇到溶洞会阻碍工程施工，影响工程进度，溶洞涌水甚至会造成人员伤亡，危害极大。机械钻探、电法、电磁法、红外线法等方法在超前地质预报中运用较广，通过有效地地质勘探，准确掌握溶洞、暗河等不良地质条件，可提早做出有效地处理措施，避免灾害的发生，减少不必要的损失，保证隧道施工的安全，降低对生态环境的破坏。
3.2溶洞排水及支护
溶洞是以岩溶水的溶蚀作用为主，间有潜蚀和机械塌陷作用而造成的基本水平方向延伸的通道。溶洞处理的原则包含疏、堵、排，大量地下水的存在不仅对围岩造成巨大压力，还会降低岩体强度，影响隧道稳定性。溶洞中的水可以排除，或者通过疏导将其引入其他需要的地方。部分溶洞可以进行帷幕注浆封堵，从源头上治理涌水。不需要封堵的溶洞可进行衬砌支护，防止溶洞在外了作用下垮塌。
3.3监测与预警
隧道施工过程中要做好监测，在隧道围岩布设监测装置，监测围岩应力、应变，防止围岩发生大变形，一旦监测到围岩变形超出安全阈值，应立即采取措施。针对溶洞涌水、隧道瓦斯爆炸等突发灾害都需要做出合理的监测，一旦出现紧急情况还要及时预警，以便工作人员撤离，从而采取相应的补救措施。
4 结论
岩溶隧道施工具有风险高、难度大等特点，要确保施工过程的顺利进行以及施工人员的生命安全，要充分掌握岩溶隧道施工要点，了解岩溶隧道易发灾害及灾害治理措施，学会风险评估，做好安全防护，确保建成安全、高效的环境友好型隧道，促进我国交通事业的发展。
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论文作者:杨浩琼
论文发表刊物:《建筑实践》2019年38卷21期
论文发表时间:2020/3/14
标签：隧道论文; 岩溶论文; 溶洞论文; 围岩论文; 灾害论文; 方法论文; 风险论文; 《建筑实践》2019年38卷21期论文;