大跨扁平淺埋隧道安全風險評估研究

楊紹戰(zhàn) 薛普恒

(中交第一公路勘察設計研究院有限公司，陜西 西安 710075)

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大跨扁平淺埋隧道安全風險評估研究

楊紹戰(zhàn) 薛普恒

(中交第一公路勘察設計研究院有限公司，陜西 西安 710075)

以龍頭山隧道為例，對該隧道主要風險事件進行了分段分析與綜合評價，并提出了降低風險的對策，指出在采取合理的風險控制措施后，可以大大降低隧道工程建設風險，將隧道總體風險水平控制在可接受范圍。

隧道，風險評估，圍巖，風險事件

0 引言

公路隧道風險評估是一項復雜的系統(tǒng)工程,其主要目的是通過一定的手段和技術方法,量化隧道工程在設計、施工和運營管理期間有可能造成的人身傷害、財產(chǎn)損失、環(huán)境損害、工程經(jīng)濟損失、工期延誤等潛在的不利事件的發(fā)生概率和后果,明確殘留風險程度。

本文對龍頭山隧道可能存在的風險進行辨識、分析和綜合評估，以期為今后其他隧道的風險評估提供參考。

1 隧道概況

龍頭山隧道位于同三、京珠國道主干線，繞廣州東環(huán)高速公路，是其控制性重點工程，是目前國內(nèi)已運營最長的一座雙向八車道高速公路隧道。龍頭山隧道位于廣州市龍頭山森林公園內(nèi)，單洞總長2 012 m(左線長1 010 m，右線長1 002 m)，設計速度100 km/h，縱坡為+1.008%，凈寬18.0 m，凈高5.0 m。隧道最大埋深98 m，左右線最小凈距20.8 m，是典型的小凈距特大斷面隧道(見圖1)。

2 工程地質(zhì)條件

隧道所處地貌單元屬長期風化剝蝕丘陵地貌區(qū)，主要分布第四系殘坡積物(礫質(zhì)亞粘土)，基巖為燕山晚期的花崗巖侵入體，巖性為二長花崗巖，Ⅳ，Ⅴ級圍巖占隧道總體的30%左右，Ⅱ，Ⅲ級圍巖占隧道總體的70%左右。進出口段多為坡殘積土及全～強風化花崗巖，結構松散，穩(wěn)定性差。

3 風險評估

3.1 風險分析

分析龍頭山隧道設計、地質(zhì)、水文地質(zhì)資料，主要存在以下特點和難點：

1)隧道斷面大，跨度大，無成熟的單洞四車道隧道施工經(jīng)驗可借鑒。2)在軟弱圍巖中，開挖跨徑大(最大開挖跨徑為21.6 m)、扁平率低(扁平率為0.63)，斷面大(最大斷面230.8 m2)，受力復雜，大偏壓嚴重。3)左右線間距小，最小凈距20.8 m，小于1倍洞徑，屬于小凈距隧道，施工干擾大。4)Ⅳ，Ⅴ級圍巖采用雙側壁導坑法開挖，工序繁多，施工管理要求高。5)隧道洞口及淺埋段覆跨比小于1，右線進口40 m，淺埋偏壓較嚴重，坡體穩(wěn)定性較差。6)出口段土層較厚、松散，遇水易坍塌，洞體上部及左右兩側地表分布有許多大大小小的孤石、超淺埋(覆跨比<1)，進洞施工難度大。7)隧道地處龍頭山森林公園內(nèi)，對龍頭古廟遺址、生態(tài)環(huán)境保護及施工噪聲、施工粉塵、森林防火和施工排污方面要求高。8)左線進口附近建筑物較多，右線西側距海軍油庫300 m，爆破控制要求高。

綜上所述，龍頭山隧道具有大跨、扁平、淺埋、偏壓、小間距等不利因素，修建過程存在諸多待克服的技術難題。

3.2 重大風險事件的確定

根據(jù)龍頭山隧道地質(zhì)情況及設計資料，通過專家調(diào)查法對其存在的重大風險事件及與之相關的風險源進行檢查和辨識。確定風險如表1所示。

表1 主要風險事件列表

3.3 風險識別及初始風險評價

1)進口Ⅴ級圍巖段(YK5+765～YK5+900)。圍巖為坡殘積土及全～強風化花崗巖，結構松散，不穩(wěn)定，無支護時易塌。在隧道工程界有“進洞難”這個說法，在隧道施工過程中，洞口圍巖條件最差，施工工序復雜。隧道進口埋深較淺，且存在較嚴重的偏壓，斷面扁平，存在的風險主要為基礎下沉、塌方、初支支護開裂大變形、邊仰坡失穩(wěn)。淺埋段較長，發(fā)生塌方的規(guī)模一般較大，塌方風險等級判定為Ⅲ級；洞口失穩(wěn)、大變形風險等級判定為Ⅱ級。該段為貧水區(qū)，發(fā)生突水、涌水的可能性很小。

2)洞身Ⅲ級圍巖段(YK5+940～YK6+620)。圍巖為中～微風化二長花崗巖，巖體相對較完整，各風險發(fā)生的可能性較小，但不排除通過節(jié)理裂隙發(fā)育帶時會發(fā)生小規(guī)模的圍巖失穩(wěn)。

3)出口Ⅳ級圍巖段(YK6+620～YK6+670)。圍巖為強～中風化二長花崗巖，節(jié)理發(fā)育，巖石呈碎石或塊石狀，隧洞側壁不穩(wěn)定，無支護時會產(chǎn)生局部坍塌。考慮到花崗巖呈碎塊狀，該段地層的主要風險是圍巖塌方、大變形，風險等級定為Ⅱ級。

4)出口Ⅴ級圍巖段(YK6+670～YK6+767)。圍巖為坡積土及全～強風化二長花崗巖，結構松散，不穩(wěn)定。出口為小凈距，其邊仰坡的范圍遠大于一般小斷面隧道，在洞口施工過程中，由于四車道斷面較大，施工工序復雜，對邊仰坡造成了反復擾動，使得整個施工過程中邊仰坡極易出現(xiàn)失穩(wěn)。且出口砂質(zhì)亞粘土層較厚(15 m)，進暗洞后洞頂仍為土質(zhì)，全～強風化花崗巖遇水易坍塌、洞體上部分布有許多孤石，導致隧道發(fā)生塌方、大變形的風險較大。因此，出口段塌方、洞口失穩(wěn)、大變形風險等級判定為Ⅲ級。

5)周邊環(huán)境風險。本隧道位于龍頭山公園內(nèi)，對龍頭古廟遺址、生態(tài)環(huán)境保護及施工噪聲、施工粉塵、森林防火和施工排污方面要求高；同時隧道周邊建筑物較多，距左線進口100 m為一村落，以三、四層小樓居多，右線西側距海軍油庫300 m，施工干擾大，爆破控制要求高。綜合以上分析，判定隧道周邊環(huán)境影響為Ⅱ級。

6)風險等級。通過上述風險評價，對各風險事件等級統(tǒng)計如表2所示。

表2 風險事件等級統(tǒng)計

4 風險對策與殘余風險評估

4.1 風險對策

針對上述各風險事件進行評估后，Ⅲ級風險為高度風險，需采取針對性措施將風險降低至可接受或可忽視范圍。具體控制措施如下：

1)隧道進口淺埋段落較長，且圍巖性質(zhì)較差，建議適當接長明洞，以控制邊、仰坡開挖高度，同時對明洞開挖邊坡進行臨時支護，及時回填土石并進行植被綠化來與周圍環(huán)境協(xié)調(diào)，減小對隧道的偏壓影響。2)考慮隧道在龍頭山公園穿越，環(huán)保要求相對較高，建議在通過Ⅳ，Ⅴ級圍巖地段采用局部封堵地下水措施，防止水土流失。3)隧道周邊建筑物較多，開挖爆破應采用微震動“光面爆破”技術，微差爆破安全速度控制在1.2 cm/s以下，以最大限度保護周邊巖體的完整性和附近海軍油庫、建筑物的安全。

4.2 殘余風險評估

針對高風險事件采取相應的工程對策后，判定龍頭山隧道各風險事件殘留風險等級為“Ⅱ”“Ⅰ”級風險，已降低至可接受范圍，在施工安全目標方面是可以接受的，設計方案可行。

5 結語

1)龍頭山隧道是典型的特大斷面淺埋隧道,通過風險分析,確認施工中塌方、洞口失穩(wěn)、大變形、環(huán)境保護等初始風險較高。采取風險處理措施后,施工風險相應降低,設計方案可行。2)風險評估貫穿于工程實施整個過程,施工中應跟蹤實施后的風險因素及其風險等級變化,實施動態(tài)評估。

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Study on security risk evaluation of large-span flat shallow tunnel

Yang Shaozhan Xue Puheng

(CCCCFirstHighwayConsultantsCo.,Ltd,Xi’an710075,China)

Taking Longtoushan tunnel as an example, the paper carries out sectioning analysis and comprehensive evaluation of major risk events, puts forward countermeasures of reducing risks, and finally points out that: after adopting rational risk controlling measures, it can greatly reduce tunnel engineering construction risk, furthermore, the integral tunnel risk level is controlled within acceptable scope.

tunnel, risk evaluation, surrounding rock, risk event

1009-6825(2016)11-0177-02

2016-02-01

楊紹戰(zhàn)(1983- )，男，工程師； 薛普恒(1984- )，男，工程師

U458.1

A