隧道施工塌方事故致因及防控措施研究

邱效俭

(甘肃建投交通建设有限公司，甘肃 兰州 730000)

我国交通运输工程建设方兴未艾，隧道工程在全国各地也有着广泛分布。复杂地质条件下的隧道工程建设面临着越来越多的挑战，常常发生各类安全生产事故，隧道塌方事故就是最常见的隧道安全事故[1]。

由于隧道工程的特点，一旦发生塌方事故，往往造成重大的人员伤亡及经济损失。近年来，隧道施工塌方事故屡见报端。2019年12月30日，山西省阳城县某隧道由于支护喷锚不及时发生掌子面塌方，造成数人死亡的较大安全事故，直接经济损失893万元。2020年9月10日，广西百色市某在建隧道由于围岩局部微地质构造组合突变与裂隙面强烈溶蚀作用叠加在施工过程中，发生洞顶岩体塌方事故，造成人员伤亡死亡，直接经济损失1 414万元。2021年8月30日陕西省宝鸡市某在建隧道由于现场施工监控量测结果反馈不及时，围岩强度差，加之连续降雨发生坍塌事故，10人被困，直接经济损失359万元。

基于此，本文将分析梳理隧道施工塌方事故的发生致因，绘制隧道事故鱼骨图，据此构建隧道施工塌方事故致因评价体系，采用AHP对隧道施工塌方事故致因进行评价分析，并提出针对性隧道施工塌方事故的防控措施。

绘制隧道施工塌方事故鱼骨图前，需要对隧道施工塌方事故的致因进行分析。通过文献查阅与相关案例调查，结合工作经验，本文分析整理了引起隧道施工塌方事故发生的原因，并将其分为水文地质、勘察设计、工程特性、施工技术、现场管理5类。

1)水文地质。大部分隧道施工塌方事故的发生都与其所处的水文地质条件有着联系，影响因素主要包括围岩性质、偏压、地下水及地表降水。一般而言，围岩等级越高稳定性越差，透水性越强抗风化能力越弱，隧道施工发生塌方事故的概率也就越大。地形不对称或者地质岩层引起隧道结构偏压，会导致隧道所受荷载不对称，尤其对于浅埋洞口段，很容易由于隧道偏压导致塌方事故的发生。

地下水与隧道建设有着重要的联系，不仅可以直接导致隧道涌水冒泥，还可能软化敏感性围岩、溶蚀可溶性围岩，导致隧道的强度与承载力降低。地表降水严重影响着隧道洞顶的承载能力，还会使得地表压力增大，导致塌方风险大大增加。

2)勘察设计。勘察或设计缺陷会给后续隧道施工带来极大的安全影响。隧道工程常见的勘察或设计缺陷主要表现为地勘不详或不实，以及支护衬砌设计不合理。地勘报告是隧道规划、设计、施工、管理及运行的重要基础资料，地勘不详或不实会对隧道施工的安全可靠性、技术可能性及经济合理性产生极大的影响。隧道支护与衬砌是保证隧道的安全关键结构，直接影响着隧道建设的质量与安全，不合理的支护衬砌设计极易导致隧道塌方事故的发生。

3)工程特性。隧道工程的自身结构特点与工程特性对于塌方事故的发生有着重要的影响，主要表现为隧道结构的埋深与断面面积两个方面。相关研究表明，埋置较深的隧道发生塌方事故占比(42.9%)要远高于埋置较浅的隧道发生塌方事故占比(17.1%)[2]。随着隧道开挖断面面积的增大，隧道结构受力也越加复杂，受外部环境的影响也将越大，施工难度也将越高，也越容易由于围岩失稳坍塌而发生塌方事故。

4)施工技术。施工技术往往是隧道施工塌方事故最直接的原因。相关研究表明，由于施工技术导致的隧道施工塌方主要表现为开挖方式不合理、支护或衬砌方式或时机不合理、施工质量存在缺陷以及监控量测不及时或不到位等[3]。

5)现场管理。除去环境及技术因素外，施工现场的管理也会对隧道施工安全起着十分重要的作用。一般而言，隧道施工塌方事故的背后，往往伴随着现场管理混乱、安全质量检查监督落实不到位、安全技术交底效果差、缺乏针对性防护与管理措施等管理缺陷问题。

基于以上分析，对隧道施工塌方事故进行进一步梳理，绘制隧道施工塌方事故鱼骨图(见图1)。

图1 隧道施工塌方事故鱼骨图

采用AHP法对隧道施工塌方事故致因的重要性进行评价，具体步骤如下。

2.1 构建评价指标

根据图1隧道施工塌方事故致因鱼骨图，构建隧道施工塌方事故致因指标体系。同时，为了后续AHP分析的需要，设定目标层为隧道施工塌方事故致因，准则层为水文地质、勘察设计、工程特性、施工技术、施工管理5类，指标为具体的隧道塌方致因，共15个，并对各层致因进行编码。具体指标体系如图2所示。

图2 隧道施工塌方事故致因指标体系

2.2 权重计算方法

1) 构建判断矩阵。邀请专家采用1～9标度法对同一层级的指标两两比较建立判断矩阵A。

2)求解某层指标对于其上级指标权重及一致性检验。对判断矩阵A进行归一化处理，求解其对应的最大特征值λmax及特征向量W，并对判断矩阵A进行一致性检验。若判断矩阵A满足一致性检验条件，则特征向量W即为判断矩阵A对应元素权重值，若判断矩阵A不满足一致性检验条件，则应对其进行一定的调整。

2.3 计算结果

基于上述步骤，利用AHP法计算各层指标的权重，计算结果如表1所示。

表1 隧道施工塌方事故致因各层指标权重计算结果

从表1可以看出，对于隧道施工塌方事故而言，5个准则层致因按权重由大到小依次为：施工技术D(0.289 6)、水文地质A(0.237 7)、现场管理E(0.226 5)、勘察设计B(0.134 6)、工程特性C(0.111 6)。致因权重越大，表明该致因对隧道施工塌方事故的影响也就越大。因此，上述结果表明在一般塌方事故中，施工技术、水文地质及现场管理是主要的致因，而勘察设计与工程特性的影响相对较小。

对于5个准则层而言，部分指标层的致因影响显著。在水文地质致因中，权重由大到小依次为围岩性质差(0.389 1)、地下水丰富(0.317 0)、存在偏压(0.172 4)、地表降水(0.121 5)；
在水文地质致因中，地勘不详或不实权重(0.666 7)要大于支护衬砌设计不合理(0.333 3)；
在工程特性致因中，隧道断面大权重(0.666 7)的要大于隧道埋置过深或过浅(0.333 3)；
在施工技术致因中致因权重由大小依次为开挖方式不合理(0.330 0)、支护方式不合理(0.330 0)、监控量测不到位(0.199 6)、存在施工缺陷(0.140 4)；
在现场管理致因中，权重由大到小依次为现场管理不到位(0.539 6)、检查落实不到位(0.297 0)、交底培训不到位(0.163 4)。对于高权重的致因，应进行重点防控。

3.1 采用科学合理的隧道施工方案与技术

施工方案是隧道施工的主要依据，科学合理的隧道施工技术是隧道工程安全、顺利施工的决定性因素。隧道塌方事故多发生于进出洞口段与区间穿越复杂地层段。因此，隧道工程施工所采用的开挖方式、支护方式及支护时机都要有较好的地质适应性。隧道施工方法的选择应根据水文地质、围岩条件、开挖断面、埋置深浅分析论证确定，并建立针对性的风险管控措施，从而减少或避免隧道施工风险事故的发生。

近年来，我国专家学者针对隧道及地下工程软弱围岩隧道施工，实践总结出一套较为完善的“一强化、二紧跟、三超前、四到位”的施工工艺。“一强化”是指强化隧道监控量测；
“二紧跟”是指钢架紧跟掌子面及初期支护仰拱封闭成环紧跟下台阶；
“三超前”是指超前预报、超前加固及超前支护；
“四到位”是指工法选择到位、支护措施到位、快速封闭到位及衬砌质量到位。此套工法具有较高的普适性，隧道工程施工可参考使用[4]。

3.2 建立安全风险管理体系

现场安全与质量管理不到位是隧道塌方事故的根本原因。现场管理作为工程项目管理的关键部分，是保证隧道安全施工的核心途径之一。隧道塌方事故的防控坚持以防为主。根据国家、行业与地方的规范、标准、指导文件及相关要求，从安全管理的共性出发，将计划原则、效果原则、反馈原则、系统性原则作为指导隧道安全施工防控的基本原则，对隧道施工中地质条件、作业环境、施工工艺、设备机具、技术水平进行分析，找出各个环节的薄弱环节，识别施工过程中的各种风险，系统研判评估风险等级，逐级形成隧道施工安全生产风险防控清单，依次建立安全生产策划、风险管控、隐患排查、应急救援、事故分析等多道隧道施工安全防线[4]。从组织、制度、技术、应急等方面对隧道施工的安全风险进行管控，及时排查治理施工过程的隐患，严防隐患整改责任不落实而升级为事故，构建以风险动态管控与隐患排查治理为核心的隧道施工多重预防安全管理体系，最大程度减少因安全事故引发的人员伤亡、经济损失和环境影响。

3.3 落实监控量测

监控量测可以获取隧道结构的位移变形以及周边围岩、初期支护的稳定性，不仅可以用来判断施工现场的安全性，还可为后续施工时机确定、施工工法调整提供依据[5]。隧道监控量测应严格依照国家、行业及地方的相关标准执行，根据围岩条件、隧道规模、施工工艺及支护类型等选择适宜检测项目与监测方法，及时、准确地进行监控量测，做到“不量测不进洞、不安全不进洞”。初期阶段位移及下沉量大或地质变化显著时，量测断面间距可取较小值并适当增加量测频率。同时，隧道的监控量测是一个动态的过程，应本着准确、及时的原则，将监测数据、时间变形曲线及对结果的评估及时报送相关人员，及时分析并反馈到施工作业上。对于存在安全隐患及时消除，最大限度地发挥隧道监控量测的作用，达到辅助施工的目的，确保施工安全、质量的效果。此外，近年来物联网、智慧工地、智能监测技术发展迅速，在隧道监控量测时可引入这些信息化技术，对潜在的水文地质或环境风险进行自动化监测、控制和预警，提升隧道施工风险管控、隐患排查治理和应急预警响应的信息化水平。

3.4 提升勘察设计质量

勘察设计是隧道工程建设的基础，也是保证隧道工程施工安全与质量的源头。勘察与设计单位在进行隧道工程的勘测与设计工作时，应树立牢固的质量服务意识，提高勘测与设计工作质量，确保所形成的勘察设计报告与设计文件符合相关规范标准与后续工程检测需要，避免不必要的设计变更。首先，应强化前期基础工作，确保正常的勘察设计工程资金、技术力量及时间投入，将基础资料收集、地质勘察、地形测量、环境监测和调查等基础执行到位，充分调查隧道的水文地质条件，保证地质勘测前期工作深度与质量。

其次，完善落实勘测设计质量保证体系，坚持设计原则，强化安全意识与设计文件的质量管理，严格相关工程强制性标准，充分论证分析设计方案，落实“一校、二审”三级审核，避免设计错误及缺项、漏项[6]。同时，各专业勘察设计技术人员及参建各方要做到全面对接、充分讨论，保证隧洞支护衬砌的设计与勘察资料相匹配适应且满足后续施工，减少各专业、各方因对接不充分产生的勘察设计问题，全面提升勘察设计质量。

经分析，发现采用鱼骨图与AHP对隧道塌方事故的致因进行分析梳理，明确了隧道塌方事故的致因体系，确定了隧道塌方事故的关键致因。施工技术因素与水文地质条件是引起隧道塌方事故的最主要致因，在进行隧道塌方事故防控时，应进行重点关注与管理。可通过采用科学合理的隧道施工方案与技术建立安全风险管理体系，落实监控量测，提升勘察设计质量，防控隧道塌方事故发生。

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