2017年9月2日星期六

隧道工程风险研究的背景

以交通为主的基础设施建设是决定地区经济发展水平高低的主要因素之一。我国是一个地形复杂的国家,山地、高原和丘陵约占陆地面积的67%,其中仅山地和丘陵的面积就达到了43%。复杂多样的地形给交通运输的发展造成了巨大阻碍。在这些地区进行公路基础设施建设就势必要开挖穿越山岭的隧道,以满足运输便利性、工程技术标准等要求。改革开放以来,随着我国经济水平的不断提高,以及隧道建设技术的不断完善,在公路隧道建设中,已广泛采用挖掘隧道的方式穿山越岭。


“我国是一个多山的国家,开发中西部又是今后我国的国策,发展山区交通,使山区人民脱贫致富是我国的具体目标。高速、准高速铁路、公路的发展和建设又是21世纪的特色;21世纪必然出现大量隧道工程,必然带来长隧道的增多。多和长是21世纪山岭隧道修建的两大特点。”(王梦恕,2004)2014年我国交通运输行业发展统计公报提供的数据显示,截至2014年底,我国大陆运营公路隧道为12 404座、10 756.7 km。其中,特长隧道626座、2 766.2 km,长隧道2 623座、4 475.4 km。截至2015年底,我国大陆运营公路隧道14 006座,总长12 684 km,比上一年新增1 602座(洪开荣,2017)。截至2016年底,我国大陆运营公路隧道15 181座、14 039.7 km,比上一年新增1 175座。

秦岭终南山隧道为我国第一长双洞公路隧道,也是亚洲第二长公路隧道、世界第三长公路隧道,全长18 040 m,于2004年12月3日贯通,并于2007年1月20日正式通车。截至2016年底,我国大陆长度超过10 km的在建公路隧道工程包括四川二郎山隧道、新疆东天山隧道、云南老营隧道等,拟建公路隧道数量则超过10座。在隧道数量和建设规模得到迅速发展的同时,我国山岭高速公路隧道修建技术取得长足进步。20世纪80年代后,随着新奥法的推广,以钻爆法开挖为主的山区公路隧道修筑技术在我国日趋成熟。我国隧道建设者完全掌握了山岭双洞四车道隧道、双洞六车道隧道、双洞八车道隧道、连拱隧道、分岔隧道、大跨连拱隧道、小净距隧道、大跨小净距隧道的修建技术,以及隧道改扩建技术和大型地下立交建设技术(李献民,2015)。山岭隧道已真正成为高标准公路建设中一种必不可少的手段。

然而,随着这些公路隧道工程的集中大规模开展,与之相伴而来的施工中的各种风险灾害事故数量则逐年递增(王迎超,2010)。其中,塌方事故是在隧道施工过程中发生比较普遍,且被报道最多和造成人员与经济损失最严重的事故之一。姜源岭隧道,通城至平江高速公路上的一座双洞四车道山岭公路隧道,2010年10月14日在施工中发生大塌方,洞口段塌穿至地表,形成一个地面直径25 m,隧道内直径12 m、深20 m的塌方漏斗(刘卫红,2012)。十二排隧道,龙岩至长汀高速公路上一座山岭公路隧道,2005年9月4日在施作初期支护后发生大塌方,塌方段长度约52 m,塌方体积近6 000 m3(张华松,2007)。京珠高速公路靠椅山隧道发生“通天”塌方,地表出现一个长71 m、宽51 m、深21 m的大坑,塌方量超过20 000 m3,在隧道内形成长达约188 m的塌体,并有22人被堵在洞内,隧道被迫停工(刘学增,2010)。岩爆是深埋硬岩隧道施工中极易发生的一种地质灾害,且常常造成严重的人员伤亡和经济损失。2010年11月28日发生于锦屏二级水电站引水隧洞排水洞约2 500 m埋深处的一次极强岩爆导致了7人死亡和一台TBM(Tunnel Boring Machine)机械报废(钱七虎,2014)。山岭隧道施工中频繁发生的风险灾害事故对施工人员安全、工程施工成本等造成了极大威胁,并产生了极为恶劣的社会影响。在此情况下,如何有效地分析、评估和管理山岭隧道施工中的各类风险就成为一项亟待研究解决的课题。


参考文献:
[1] 王梦恕. 21世纪山岭隧道修建的趋势[J]. 铁道标准设计, 2004(9):38-40.
[2] 洪开荣. 我国隧道及地下工程近两年的发展与展望. 隧道建设, 2017, 37(2):123-134.
[3] 李献民. 隧道施工动态风险管理与监控评估[M]. 北京: 人民交通出版社, 2015.
[4] 王迎超. 山岭隧道塌方机制及防灾方法: [博士学位论文]. 南京: 浙江大学建筑工程学院, 2010.
[5] 刘卫红, 谌跃飞. 隧道塌方原因与处理技术——以通平高速公路姜源岭隧道为例[J]. 公路工程, 2012, 37(1):180-182.
[6] 张华松. 十二排隧道塌方处治施工技术[J]. 公路交通技术, 2007(5):96-99.
[7] 刘学增, 俞文生. 隧道稳定性评价与塌方预警[M]. 上海: 同济大学出版社, 2010.
[8] 钱七虎. 岩爆、冲击地压的定义、机制、分类及其定量预测模型[J]. 岩土力学, 2014(1):1-6.