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摘要：隧道工程在我国发展迅速，灾害带来的损失也越来越严重，十分有必要对隧道工程灾害与防护进行研究。本文从灾害的种类、灾害的成因、灾害的预防和灾害的应急措施等几个方面介绍隧道工程灾害与隧道灾害防护。
关键词：隧道工程 灾害成因 灾害防治 应急措施
0 前言
在我国城市化发展日益加快的今天，城市人口急剧增长，人多地少的矛盾愈发凸显，交通堵塞、城市生活空间紧张、环境污染等问题逐渐成为制约城市发展的障碍。城市地下空间的开发和利用成为了解决人口与土地的矛盾的重要途径，公路隧道、铁路隧道、城市地下铁路等一列地下工程在我国逐渐兴起。截止到21世纪初，我国铁路隧道占世界铁路隧道总长1/5，居世界第一位。我国大陆现有北京、上海、广州、深圳、天津和南京等城市地下轨道系统已经投入运营，正在建设的有北京、上海、广州、天津、南京、深圳、大连、武汉、重庆、长春等。全国以铁为主的快速轨道交通网规划已达数千公里。
隧道与地下工程发展日益迅速，因灾害造成的损失也将日益增加。首先对于火灾、地震、地下水渗漏等自然灾害，自新中国成立以来，发生过多起灾难事故。以铁路隧道为例，根据1997年技术状态检查统计，我国运营铁路有隧道5000余座，其中发生失稳现象隧道3270座，占运营总数的65%。隧道灾害事故频发，关系到工程的成败和生命的安危，因此十分有必要对隧道灾害进行研究，寻找预防和应急措施。
1灾害类型
灾害的种类可以达到数百种之多，但总体可以分为自然灾害和人为灾害两种。隧道工程的地质灾害有塌方、隧道水害、泥石流、岩爆等。
隧道在我国有了长足的进步与发展，在国内外目前比较成熟的掘进技术方法如钻爆法、掘进机法、盾构法等，并辅之以与地质条件、施工技术相适应的隧道通风、支护和衬砌技术，理论上隧道可以满足设计需求。但是，施工中的地质条件却是无法人为控制的，灾害问题也就成了影响隧道施工与使用的关键问题。由于隧道围岩体的结构面地质特征、地应力状况和地下水的发育情况等问题常会造成隧道施工中的塌方、突水和涌水、洞体缩径和支护开裂。突发性地质灾害事件的发生，给隧道的施工造成了很大的困难，同时也给隧道使用构成了很大安全隐患，常会导致设备报废，隧道坍塌失效、甚至导致巨大人员伤亡，将是巨大的生命财产损失。
2 灾害类型成因及防治
2.1 塌方
塌方是隧道工程中最常见的灾害之一，塌方危害巨大，在一定程度上是隧道乃至整个地下工程施工对现场施工人员威胁最大、最易产生伤亡的工程事故之一。塌方的产生原因大致可以分为地质因素和人为因素。
首先是隧道可能修筑在地质不良区段，这样就可能会遇到洞顶围岩塌陷，侧壁滑动等现象，甚至会发生冒顶等严重情况，这些现象在施工中称为塌方。塌方威胁人身安全、延误施工工期、造成隧道围岩更加不稳定，因此在隧道设计和修建的过程中必须足够重视并采取预防措施；其次是在施工过程中施工方法采用不当，或者使用构成中养护维修不当等原因造成的。
（1）地质因素
地壳在构造运动的作用下，薄层岩体形成小褶曲，同时错动发育，隧道施工从此处通过，容易发生塌方；隧道穿过地层较为破碎，裂隙发育较为显著，颗粒松散，相互粘结力较小开挖后容易引起大面积塌落；隧道埋置深度较浅，围岩自稳能力差或受偏压影响，开挖中引起坍塌；岩层中含有较软夹层，同时地下水较为丰富在地下水的作用下，软弱面的强度大大降低，因而发生塌方；地下水的软化、浸泡、冲蚀、溶解等作用，加剧岩体的失稳和塌方；；围岩比较差、断层或节理面呈楔型状态，构成不利组合，在内应力或地下水的作用下，产生突然塌方；总体来说，不利的围岩岩性、结构面特征和地下水等地质条件将会促进塌方的产生。
（2）人为因素
隧道工程在我国发展迅速，各项技术逐渐发展成熟，但施工技术应用不当也会造成塌方，因此，人为因素是除地质因素以外的第二大原因。
首先地质勘察不准确，这会导致施工企业没有足够的准备应对不良地质条件，在不良地段没有做好钻探工作，引起塌方；其次是施工方法选择不当；施工没有按照标准施工，工序应该达到的时间提前或者延迟结束，工序开展不及时（例如喷锚不及时），使围岩收到过重损伤，容易引发塌方；施工质量不合格，喷射混凝土质量、厚度不符合要求，锚杆没有达到设计要求的数量及间距，钢支撑质量欠佳，支撑与围岩不密贴，两者间的空隙填塞不密实或联接不牢固，不能满足围岩压力所需要求；爆破作业不当，用药量过多。
2.1.2 塌方防治措施
塌方的防治措施应当针对塌方产生原因提出。首先，在地质因素上，应当做到探明地质情况，提前做好地质预报工作，做好充足的准备，利用一定的技术手段，广泛的收集地质信息，预测好、分析好、应对好不良的地质条件。其次应当采取正确的施工方法，针对不同的地质条件和经济因素选择适合的施工方法，安排好各工序的施工顺序和时间，制定好一整套的完善的灾害预防措施，同时要做好监控量测，做到早发现，早排除。
2.2 岩爆
岩爆是岩石工程中围岩体的突然破坏，在发生前并没有明显征兆，伴随着岩体中应变能的突然释放，是一种岩石破裂过程失稳现象。岩爆大都发生在褶皱构造的坚硬岩石中。岩爆与断层、节理构造密切相关。当掌子面与断裂或节理走向平行时，极容易触发岩爆。岩体中节理密度和张开度对岩爆有明显的影响。掌子面岩体中有大量岩脉穿插时，也可能发生岩爆。岩爆的发生伴随着巨大的能量释放，会产生明显的震动，造成隧道围岩的应力重分布。
2.2.1 岩爆成因与机理
由于隧道的开挖，围岩约束解除，环向应力突然然增加，能量进一步的集中，在集中应力作用下，产生突发性胀剪脆性破坏，伴随声响和振动消耗部分弹性应变能。同时，剩余能量转化的动能使围岩急剧向动态失稳发展，造成岩片（块）脱离母体，获得有效弹射，猛然向临空方向抛（弹）射的特征，经历了快速“劈裂-剪折-弹射”渐进破坏过程的动力破坏现象。
2.2.2 岩爆防治措施
（1）施工前应做好充足的准备工作，对施工地段做好全面准确的地质勘测，并针对勘测资料，分析确定正确的施工工序，应做好岩爆预测工作，对有可能发生岩爆的地段重点防护；
（2）在施工中做好预防和超前探测工作。一般可采用微重力法、声发射（A一E）法、岩体电磁辐射监测法等方法进行实测预报工作；
（3）加强支护，强化围岩。可采用喷射混凝土、锚喷支护等措施，可减小岩爆规模，减轻岩爆释放的能量引起的震动，保护围岩；
（4）控制好爆破质量，选择合适的爆破方法，尽量降低次生应力对围岩的破坏。
3 结语
综上所述，自然灾害导致隧道坍塌失效、甚至导致巨大人员伤亡，将是巨大的生命财产损失，给国家和人民带来巨大生命财产损失，我们要给予足够的重视。众多的灾害的发生均与不良的地质条件和施工有关。因此，在隧道设计中，要注意地质勘测和隧道选线，尽量避免处于不利于施工的地质条件中；在施工中要加强组织管理，不给灾害的发生留下隐患。
参考文献
[1] 王照华， 唐建华， 宋宏伟. 隧道震害特征及其影响因素[J]. 山西建筑，2007
[2] 闫天俊， 吴 立. 现代隧道施工中的常见地质灾害问题及防治[J]. 探矿工程，2003
[3] 何霞. 浅谈道路交叉口设计[J].科技信息
作者简介：
闵博，男，郑州大学土木工程学院，交通工程专业本科生。
王帅，男，郑州大学土木工程学院，交通工程專业本科生。
关键词：隧道工程 灾害成因 灾害防治 应急措施
0 前言
在我国城市化发展日益加快的今天，城市人口急剧增长，人多地少的矛盾愈发凸显，交通堵塞、城市生活空间紧张、环境污染等问题逐渐成为制约城市发展的障碍。城市地下空间的开发和利用成为了解决人口与土地的矛盾的重要途径，公路隧道、铁路隧道、城市地下铁路等一列地下工程在我国逐渐兴起。截止到21世纪初，我国铁路隧道占世界铁路隧道总长1/5，居世界第一位。我国大陆现有北京、上海、广州、深圳、天津和南京等城市地下轨道系统已经投入运营，正在建设的有北京、上海、广州、天津、南京、深圳、大连、武汉、重庆、长春等。全国以铁为主的快速轨道交通网规划已达数千公里。
隧道与地下工程发展日益迅速，因灾害造成的损失也将日益增加。首先对于火灾、地震、地下水渗漏等自然灾害，自新中国成立以来，发生过多起灾难事故。以铁路隧道为例，根据1997年技术状态检查统计，我国运营铁路有隧道5000余座，其中发生失稳现象隧道3270座，占运营总数的65%。隧道灾害事故频发，关系到工程的成败和生命的安危，因此十分有必要对隧道灾害进行研究，寻找预防和应急措施。
1灾害类型
灾害的种类可以达到数百种之多，但总体可以分为自然灾害和人为灾害两种。隧道工程的地质灾害有塌方、隧道水害、泥石流、岩爆等。
隧道在我国有了长足的进步与发展，在国内外目前比较成熟的掘进技术方法如钻爆法、掘进机法、盾构法等，并辅之以与地质条件、施工技术相适应的隧道通风、支护和衬砌技术，理论上隧道可以满足设计需求。但是，施工中的地质条件却是无法人为控制的，灾害问题也就成了影响隧道施工与使用的关键问题。由于隧道围岩体的结构面地质特征、地应力状况和地下水的发育情况等问题常会造成隧道施工中的塌方、突水和涌水、洞体缩径和支护开裂。突发性地质灾害事件的发生，给隧道的施工造成了很大的困难，同时也给隧道使用构成了很大安全隐患，常会导致设备报废，隧道坍塌失效、甚至导致巨大人员伤亡，将是巨大的生命财产损失。
2 灾害类型成因及防治
2.1 塌方
塌方是隧道工程中最常见的灾害之一，塌方危害巨大，在一定程度上是隧道乃至整个地下工程施工对现场施工人员威胁最大、最易产生伤亡的工程事故之一。塌方的产生原因大致可以分为地质因素和人为因素。
首先是隧道可能修筑在地质不良区段，这样就可能会遇到洞顶围岩塌陷，侧壁滑动等现象，甚至会发生冒顶等严重情况，这些现象在施工中称为塌方。塌方威胁人身安全、延误施工工期、造成隧道围岩更加不稳定，因此在隧道设计和修建的过程中必须足够重视并采取预防措施；其次是在施工过程中施工方法采用不当，或者使用构成中养护维修不当等原因造成的。
（1）地质因素
地壳在构造运动的作用下，薄层岩体形成小褶曲，同时错动发育，隧道施工从此处通过，容易发生塌方；隧道穿过地层较为破碎，裂隙发育较为显著，颗粒松散，相互粘结力较小开挖后容易引起大面积塌落；隧道埋置深度较浅，围岩自稳能力差或受偏压影响，开挖中引起坍塌；岩层中含有较软夹层，同时地下水较为丰富在地下水的作用下，软弱面的强度大大降低，因而发生塌方；地下水的软化、浸泡、冲蚀、溶解等作用，加剧岩体的失稳和塌方；；围岩比较差、断层或节理面呈楔型状态，构成不利组合，在内应力或地下水的作用下，产生突然塌方；总体来说，不利的围岩岩性、结构面特征和地下水等地质条件将会促进塌方的产生。
（2）人为因素
隧道工程在我国发展迅速，各项技术逐渐发展成熟，但施工技术应用不当也会造成塌方，因此，人为因素是除地质因素以外的第二大原因。
首先地质勘察不准确，这会导致施工企业没有足够的准备应对不良地质条件，在不良地段没有做好钻探工作，引起塌方；其次是施工方法选择不当；施工没有按照标准施工，工序应该达到的时间提前或者延迟结束，工序开展不及时（例如喷锚不及时），使围岩收到过重损伤，容易引发塌方；施工质量不合格，喷射混凝土质量、厚度不符合要求，锚杆没有达到设计要求的数量及间距，钢支撑质量欠佳，支撑与围岩不密贴，两者间的空隙填塞不密实或联接不牢固，不能满足围岩压力所需要求；爆破作业不当，用药量过多。
2.1.2 塌方防治措施
塌方的防治措施应当针对塌方产生原因提出。首先，在地质因素上，应当做到探明地质情况，提前做好地质预报工作，做好充足的准备，利用一定的技术手段，广泛的收集地质信息，预测好、分析好、应对好不良的地质条件。其次应当采取正确的施工方法，针对不同的地质条件和经济因素选择适合的施工方法，安排好各工序的施工顺序和时间，制定好一整套的完善的灾害预防措施，同时要做好监控量测，做到早发现，早排除。
2.2 岩爆
岩爆是岩石工程中围岩体的突然破坏，在发生前并没有明显征兆，伴随着岩体中应变能的突然释放，是一种岩石破裂过程失稳现象。岩爆大都发生在褶皱构造的坚硬岩石中。岩爆与断层、节理构造密切相关。当掌子面与断裂或节理走向平行时，极容易触发岩爆。岩体中节理密度和张开度对岩爆有明显的影响。掌子面岩体中有大量岩脉穿插时，也可能发生岩爆。岩爆的发生伴随着巨大的能量释放，会产生明显的震动，造成隧道围岩的应力重分布。
2.2.1 岩爆成因与机理
由于隧道的开挖，围岩约束解除，环向应力突然然增加，能量进一步的集中，在集中应力作用下，产生突发性胀剪脆性破坏，伴随声响和振动消耗部分弹性应变能。同时，剩余能量转化的动能使围岩急剧向动态失稳发展，造成岩片（块）脱离母体，获得有效弹射，猛然向临空方向抛（弹）射的特征，经历了快速“劈裂-剪折-弹射”渐进破坏过程的动力破坏现象。
2.2.2 岩爆防治措施
（1）施工前应做好充足的准备工作，对施工地段做好全面准确的地质勘测，并针对勘测资料，分析确定正确的施工工序，应做好岩爆预测工作，对有可能发生岩爆的地段重点防护；
（2）在施工中做好预防和超前探测工作。一般可采用微重力法、声发射（A一E）法、岩体电磁辐射监测法等方法进行实测预报工作；
（3）加强支护，强化围岩。可采用喷射混凝土、锚喷支护等措施，可减小岩爆规模，减轻岩爆释放的能量引起的震动，保护围岩；
（4）控制好爆破质量，选择合适的爆破方法，尽量降低次生应力对围岩的破坏。
3 结语
综上所述，自然灾害导致隧道坍塌失效、甚至导致巨大人员伤亡，将是巨大的生命财产损失，给国家和人民带来巨大生命财产损失，我们要给予足够的重视。众多的灾害的发生均与不良的地质条件和施工有关。因此，在隧道设计中，要注意地质勘测和隧道选线，尽量避免处于不利于施工的地质条件中；在施工中要加强组织管理，不给灾害的发生留下隐患。
参考文献
[1] 王照华， 唐建华， 宋宏伟. 隧道震害特征及其影响因素[J]. 山西建筑，2007
[2] 闫天俊， 吴 立. 现代隧道施工中的常见地质灾害问题及防治[J]. 探矿工程，2003
[3] 何霞. 浅谈道路交叉口设计[J].科技信息
作者简介：
闵博，男，郑州大学土木工程学院，交通工程专业本科生。
王帅，男，郑州大学土木工程学院，交通工程專业本科生。