淺埋大跨下穿高速公路隧道施工風險評估及控制措施研究

曹成勇，施成華,2，彭立敏，2，雷明鋒，3

(1. 中南大學 土木工程學院，湖南 長沙 410075；2.高速鐵路建造技術國家工程實驗室， 湖南 長沙 410075；3.中國建筑第五工程局有限公司，湖南 長沙 410004)

?

淺埋大跨下穿高速公路隧道施工風險評估及控制措施研究

曹成勇1，施成華1,2，彭立敏1，2，雷明鋒1，3

(1. 中南大學 土木工程學院，湖南 長沙 410075；2.高速鐵路建造技術國家工程實驗室， 湖南 長沙 410075；3.中國建筑第五工程局有限公司，湖南 長沙 410004)

為評估淺埋大跨下穿高速公路隧道施工風險和優化施工措施，結合深圳市紅棉路隧道工程現場監測數據，建立基于功效系數法的隧道施工風險評估模型。計算分析表明，現有的施工措施無法滿足下穿高速公路段施工安全要求，施工風險等級極高，需要及時對其調整。經綜合分析，采取合理的施工步序、臺階長度、開挖進尺、掌子面封閉加固措施、隧道施工工序優化、及時封閉初支、加快二襯施工等一系列優化控制措施，并采用FLAC3D數值計算軟件驗證其可行性。同時，通過現場實施效果與監測數據的反饋，并應用提出的風險評估模型計算發現隧道下穿高速公路段施工風險等級已降為低度，證明采取的風險控制措施合理可行，能夠保障隧道成功穿越機荷高速公路。

淺埋；大跨；軟弱圍巖；下穿高速公路；隧道；風險評估；控制措施

隨著我國基礎設施建設的快速發展，出現了越來越多下穿既有高速公路的隧道工程，下穿高速公路隧道建設本身具有一定的難度，尤其當遇到淺埋、富水、大斷面、軟弱圍巖等特殊情況時，將會進一步加劇下穿高速公路隧道施工的風險。隧道施工風險評估有助于科學評價隧道施工安全，為隧道施工提供有效預警手段，減小隧道災害發生的幾率。

在隧道與地下工程風險研究方面，國外代表性的人物是美國的Einstein教授，曾撰寫多篇有價值的文獻[1-2]，指出了隧道工程風險分析的特點與遵循的理念。之后，Sturk等[3-6]都對隧道與地下工程的風險分析進行了深入研究。此外，國際隧道協會也為巖石隧道工程風險管理提供了一整套參照標準和方法[7]。

相比國外，我國隧道與地下工程風險評估的研究起步相對較晚，但隨著我國隧道與地下工程的大規模建設，國內引進了一些風險理論[8]，并開展了隧道與地下工程的風險研究，豐富了隧道風險評估分析方法，如風險指數法[9]、層次分析法[10]、故障樹分析法[11]、模糊綜合評判法[12]和可拓法[13]等。但是，當采用以上方法動態評估隧道施工風險時也存在一定的不足，主要表現為個人主觀性影響大、計算過程復雜等，因此，需要確定一種簡單易行的定量評估隧道風險的方法，能夠為隧道施工提供有效預警作用。

本文借鑒商業評估與預警中廣泛運用的功效系數法[14]，以埋深淺、大跨度、地質條件差、施工難度高、風險大的深圳市紅棉路隧道為工程背景，動態評估淺埋大跨軟弱圍巖下穿高速公路隧道施工風險，同時提出相應的風險控制措施，為類似淺埋復雜環境下的隧道工程施工提供建議與參考。

1　風險評估分析方法

1.1功效系數法

功效系數法是根據多目標規劃的原理，對每一項評價指標確定一個滿意值和不允許值，以滿意值為上限，以不允許值為下限．計算各指標實現滿意值的程度，并以此確定各指標的分數，再經過加權平均進行綜合，從而評價被研究對象的綜合狀況[15]。其具體評價過程為：

1)評價指標體系的確定，要求選取的指標要有代表性，既要相互補充，又不能重復，應盡可能綜合反映評價目標的狀況。

2)確定各評價指標的滿意值和不允許值，滿意值即評價指標可能達到的最高水平，不允許值一般取各評價指標的最低水平。

3)計算各評價指標的功效系數值：

(1)

式中:Xi為第i(i=1，2,…，n)個評價指標的實際值;Xhi為第i個指標的滿意值;Xsi為第i個指標的不允許值;di為第i個評價指標的功效系數值。

4)確定各評價指標的權重，這里采用專家評分后的歸一化權重，使評價更加具有科學性。計算公式為：

(2)

式中:Pi和wi分別為第i個評價指標的權數和歸一化權重系數。

5)計算評價對象的總功效系數值D為：

(3)

1.2風險評估指標體系

隧道監測指標通常主要為拱頂(地表)沉降、周邊收斂、地下水、掌子面以及支護結構觀察等內容。因此，為了全面、客觀、準確地評估隧道風險，將以上幾項隧道監測指標都納為隧道風險評估指標體系。

1)拱頂(地表)沉降

拱頂(地表)沉降的判斷，以拱頂(地表)沉降值與監測基準值進行比較，并對拱頂(地表)沉降數據做進一步處理，可以得到拱頂(地表)沉降速率，若沉降值超過監測基準值，則以沉降速率作為主要指標。根據文獻[16]統計的國內隧道下穿既有公路地表沉降控制基準，基于工程類比法，確定高速公路地表沉降基準值為100mm。因此，地表沉降滿意值為30mm、不允許值為100mm。同時，根據《公路隧道施工技術規范》(JTGF60-2009)[17]，將地表沉降速率滿意值和不允許值分別設為0.2mm/d和5mm/d。

2)周邊收斂

周邊收斂的判斷，類似于拱頂(地表)沉降。周邊收斂以隧道跨度的0.1%～0.5%為指標，即周邊收斂滿意值為16mm、不允許值為80mm。周邊收斂速率滿意值、不允許值也分別設為0.2mm/d和5mm/d。

3)地下水

地下水的存在及活動使它在隧道周圍產生力學的、物理的和化學的作用，其作用不利于洞室的穩定，根據地下水的存在情況，分無水、浸滲、滴漏、涌流、噴射五個等級分別進行打分，無水(100分)、浸滲(75分)、滴漏(50分)、涌流(25分)、噴射(0分)。

4)掌子面觀察

掌子面的評價指標為定性指標，主要靠專家打分確定，根據掌子面穩定程度分為5種情況，很好(100分)、好(75分)、一般(50分)、差(25分)、非常差(0分)。

5)支護結構觀察

隧道失穩破壞時，隧道初期支護會產生不同程度的變化。根據隧道初期支護的變化程度分為5種情況，無裂縫(100分)、少量裂縫(75分)、開裂(50分)、剝落(25分)、垮塌(0分)。

各評價指標的不允許值和滿意值需要根據各指標實際可能達到的水平加以確定，具體如表1所示。

表1　各評價指標滿意值與不允許值

表2　風險評估分級表

1.3風險評估分級標準

將總功效系數作為隧道施工安全風險的綜合評價，其值越大，則表明隧道施工風險越小。將隧道施工安全風險劃分為4個等級，并對應預警級別為重警、中警、輕警和無警4個警限，用紅、橙、黃、綠4種顏色表示，即“四色警情”。依據總功效系數值大小，將其對應的總功效系數區間進行劃分，如表2所示。

根據各施工階段監測數據，應用功效系數法，計算各施工階段功效系數值，根據總功效系數值判斷，即可確定基于監測數據的各施工步下隧道施工風險等級，進而確定預警級別。當預測圍巖警情在輕警及以下時，即為黃色、綠色警情時，可以按照原方案施工。當預測圍巖警情為中警或重警時，即為紅色或橙色警情時，說明大變形風險比較高，應加強監測和觀察，及時調整施工方案，并采取相應的工程應對措施，以防止大變形災害的發生。

2　工程實例分析

2.1工程概況

深圳市紅棉路市政隧道為上下行雙洞六車道隧道，左線隧道長670m，右線隧道長720m。隧道中線與高速公路約45°～58°夾角斜交，中心間距約為43.5m，隧道最小埋深約6m，隧道在出口端左線ZK10+765～ZK10+925和右線YK10+800～YK10+975處下穿機荷高速公路荷坳收費站區域，左線下穿距離160m，右線下穿距離175m。隧道下穿段開挖跨度約16.0m，高度為11.7m，為大斷面隧道。

隧道圍巖主要以人工素填土、第四系沖洪積淤泥質土、粉質黏土為主，圍巖級別Ⅵ級，土質松散且富含地下水，土質遇水容易軟化。隧道下穿高速公路距離長，施工期間正逢雨季，雨水豐富，同時，機荷高速每天車流量非常大，隧道施工難度高、風險大，對高速公路正常通車的影響顯著。隧道采用的具體支護措施及參數如下表3所示。

表3　隧道支護措施及參數

為保證隧道的施工安全，施工期間需進行合理的交通疏解，分階段封閉掌子面上方機荷高速公路。然而機荷高速車流量大，長時間大范圍實行交通管制將會對其通車能力造成嚴重不利影響。所以，只能在很小的范圍內封閉高速公路，這樣留給下方隧道施工的空間大大減小，且導致掌子面和二次襯砌之間不能拉開太大距離，而傳統的雙側壁導坑法開挖施工時，掌子面至二次襯砌的距離至少在40～50m以上，此時隧道施工開挖段必然處于地表高速公路行車的條件下，難以滿足施工要求。此外，傳統的雙側壁導坑法工序繁多，施工緩慢，嚴重影響機荷高速正常通車。

因此，在保證隧道施工安全的基礎上，有必要在傳統的雙側壁導坑法的基礎上進行優化，加快施工進度，緩解交通壓力。雙側壁導坑優化工法施工工序如圖2所示，各主要施工主要步驟為：1)拱部超前預支護大管棚施作，隧道擬開挖位置上方高速公路的交通疏解；2)左導坑拱部超前小導管注漿預支護，上半斷面左導坑②開挖，開挖寬度約占整個隧道開挖跨度的1/3，開挖高度約4.5m，架設初期支護和臨時支護鋼支撐、噴射混凝土，施作兩側鎖腳錨桿和臨時仰拱；3)上半斷面右導坑③開挖，開挖方法、支護措施與左導坑相同；4)中導坑拱部超前小導管注漿預支護，上半斷面中導坑上臺階④開挖，開挖高度約2m，架設初期支護鋼支撐、噴射混凝土；5)上半斷面中導坑下臺階⑤開挖，開挖高度約4m，將該工作面開挖成斜面，同時保留核心土；6)下半斷面左側導坑⑥開挖，開挖跨度為2m，架設邊墻及底部初期支護鋼支撐，施作邊墻錨桿，噴射混凝土，施作底部鎖腳錨桿；7)下半斷面右導坑⑦開挖，開挖方法、支護措施與下半斷面左導坑相同；8)下半斷面中導坑⑧開挖，開挖后立即架設底部初期支護鋼支撐、噴射混凝土；9)綁扎隧道仰拱、二次襯砌鋼筋，澆筑混凝土；10)每個工作循環中各分部開挖的長度相同且均為5～6m，開挖進尺控制在0.75m，在每個工作循環完成后，進行地表交通疏解的轉換，將地表行車轉至隧道已施作二次襯砌的位置，封閉即將進行隧道開挖的位置，進行下一循環的施工，以此類推，完成整個隧道下穿公路段的施工。

2.2現場測試分析

高速公路地表沉降觀測，共設置了4個地表沉降觀測斷面，每個斷面間隔為2m，采用精密水準儀測量，測量頻率1次/d，具體布置圖見圖3。

紅棉路隧道初始階段施工時，出現了洞內變形侵限、地下水滲出以及地表沉降過大，如圖4所示，地表沉降和洞內變形的監測時程曲線分別如圖5和6所示。

從圖5和6可以看出：地表沉降與隧道周邊收斂值較大，地表沉降最大值約279mm，地表沉降平均速率約為4.8mm/d；隧道周邊收斂最大值約65mm，隧道周邊平均收斂率約為2.6mm/d。由于地表沉降值達到279mm，遠大于地表沉降控制基準值100mm，所以以沉降速率作為評價指標。

圖1　施工工序圖Fig.1 Construction process

圖2　地表沉降測點布置圖Fig.2 Monitoring points of ground settlement

(a)左導坑變形；(b)右導坑變形；(c)地下水；(d)地表變形圖3　現場狀況示意圖Fig.3 Site conditions

圖4　YK10+906地表沉降時程曲線Fig.4 Time history curves of ground settlement at section of YK10+906

圖5　YK10+900隧道周邊收斂時程曲線Fig.5 Time history curves of peripheral convergence of tunnel at section of YK10+900

2.3風險評估結果

結合上述的監測數據，首先根據式(2)計算各評價指標的歸一化權重，如表4所示。然后，將各評價指標現場實測值，代入式(1)計算得到各評價指標的功效系數值di，并根據式(3)計算得到總功效系數D，如表5所示。由表5可以看出，功效系數值為69.69，根據1.3節風險評估分級標準，表明隧道下穿高速公路段施工風險等級極高，預警級別為重警，預警顏色為紅色，因此隧道下穿高速公路段施工必須采取風險控制措施，以保證隧道后續施工的安全。

表4　各評價指標權重計算結果

表5　隧道下穿高速公路段風險評估表

3　風險控制措施

結合隧道施工現場情況及風險評估結論，為了降低隧道后續施工的風險，通過研究決定采用以下風險控制措施：

1)為了配合地面交通疏解要求，減小圍閉車道范圍，盡量合理安排施工中步序、臺階長度、開挖進尺，步序長度縮短為3m，臺階長度縮短為1～2m，開挖進尺縮短為0.5m。

2)隧道臨時仰拱施工時，對上導坑掌子面土體噴射5cm厚混凝土；地面交通疏解、隧道下導坑開挖以及二次襯砌施工時，封閉下導坑掌子面土體，具體為：布置φ8@250×250mm雙層鋼筋網；φ42×3.5mm注漿小導管(長度4m、橫縱間距1.5×1.5m)；噴射10cm厚C20混凝土。

3)隧道施工過程中，處理好各節點，如拱腳要防下沉、內移，加設鎖腳錨桿、連接筋并與鋼架焊接成整體，保證各工序施工質量，同時在施工過程中應加強邊墻和隧道底部排水施工，避免地下水長期浸泡地基造成承載力下降。

4)初期支護及時封閉成環，適當推后臨時支護拆除時機，加快仰拱及仰拱填充施工進度，減小對隧道中導坑和二襯施工的影響，加快二襯施工進度。

4　數值分析論證

為了論證風險控制措施對地層變形的控制效果，采用三維有限差分軟件FLAC3D對隧道施工全過程進行動態模擬，深入研究風險控制措施下各施工步的開挖對土體變形的影響。

4.1計算模型

根據隧洞開挖空間效應影響范圍，建模范圍需要考慮到尺寸效應所引起的計算誤差，計算邊界作如下選?。鹤笥疫吔缇嚯x隧道邊緣3倍最大開挖寬度，下邊界距離隧道底板3倍開挖高度，上邊界取至地表。計算模型縱向y方向長40m，寬度x方向長120m(隧道居中)，高度z方向長60m、如圖7所示。模型頂部自由，四周及底部施加位移邊界條件，模型頂部施加路面荷載。

4.2計算參數

計算模型中，圍巖采用實體單元模擬，服從Mohr-Coulomb準則；初期支護、臨時支護均采用shell單元模擬，初期支護厚度35cm，臨時支護厚度25cm；二次襯砌采用實體單元模擬，厚度為70cm，按照彈性材料模擬。根據地質勘測資料，隧道埋深取為6m，同時選取粉質黏土、強風化泥質砂巖等兩種典型地質，圍巖級別為Ⅵ，結合《公路隧道設計規范》(JTGD70-2014)[18]的要求，確定圍巖和支護結構的力學參數如表6所示。參考《城市橋梁設計荷載標準》(CJJ77-98)[19]，根據隧道跨度，取跨度為2～20m城-A級荷載，并考慮汽車沖擊荷載，選取沖擊系數為0.4，組合得到最終路面超載模式及量值如圖8所示。

圖6　模型網格示意圖Fig.6 Mesh scheme of model

材料容重/(kN·m-3)變形模量/GPa泊松比μ粘聚力/kPa內摩擦角/(°)粉質黏土19.80.0080.362015強風化泥質砂巖20.80.10.2810035預加固層20.20.0160.346018初期支護22270.2--臨時支護22230.2--二次襯砌23300.2--

圖7　路面荷載示意圖Fig.7 Road load

4.3計算結果與分析

取模型中間斷面(縱向20m處)為分析斷面，沿橫向x軸方向選取了一系列的地表特征點，隧道開挖后地表沉降曲線，如圖9所示。各個施工步下拱頂沉降時程曲線，如圖10所示。

圖8　地表沉降Fig.8 Ground settlement

圖9　拱頂沉降時程曲線圖Fig.9 Time history curves of crown settlement

從圖9和10可以看出，

1)隧道開挖后地表橫向沉降規律明顯，即隧道中線的地表處沉降值最大，距離隧道中線越遠，地表沉降就越小。隧道開挖后，地表最大沉降值為97.1mm左右。采取施工措施后，高速公路地表沉降減小，位移得到有效控制，降低了隧道施工的風險。

2)隧道上半斷面左、右側導坑和中導坑上、下臺階開挖時，4個工序施工引起地表總沉降量占累計沉降量的80.95%，因此該4個工序是位移控制的關鍵施工步。為了控制高速公路地表的位移，開挖上半斷面左、右側導坑時應確保支護及時；臨時仰拱盡早成環；并加設鎖腳錨桿，控制隧道下沉；開挖中部上、中臺階時應盡快架立鋼拱架，并及時噴射混凝土。

表8　隧道下穿高速公路段風險評估表

5　工程應用效果

采取風險控制措施后，右線YK10+875地表沉降、隧道周邊收斂現場監測結果如圖11和12所示。應用功效系數法，結合上述監測數據，計算得到隧道下穿高速公路段風險評估結果，如表8所示。

圖10　YK10+875地表沉降時程曲線Fig.10 Time history curves of ground settlement at section of YK10+875

從圖11和12及表8中可以看出：變形監測(拱頂沉降、周邊收斂及其速率)都有很大程度減小，總功效系數值為91.85，根據1.3節風險評估分級標準，表明隧道下穿高速公路段施工風險等級為低度風險，預警級別為無警，預警顏色為綠色，表明所采取的風險控制措施是合理可行的。采用施工優化措施后，每天左、右洞各進0.5m，月平均掘進30m左右，最終紅棉路隧道成功穿越機荷高速公路，并且地表沉降得到了有效控制。

圖11　YK10+875隧道周邊收斂時程曲線Fig.11 Time history curves of peripheral convergence of tunnel at section of YK10+875

6　結論

1)將功效系數法應用于淺埋大跨下穿高速公路隧道施工風險評估中，建立了基于功效系數法的隧道施工風險評估模型，為隧道施工提供了有效預警手段。

2)為了降低隧道施工的風險，穩定淺埋大跨下穿高速公路隧道掌子面，減小圍閉車道范圍，必須合理安排施工中步序、臺階長度，步序長度縮短為3m，臺階長度縮短為1～2m，開挖進尺縮短為0.5m。同時，采取掌子面封閉加固措施、優化隧道施工工序、及時封閉初支、加快二襯施工，能更有效地控制高速公路地表沉降。

3)結合現場監測數據，應用建立得隧道施工風險評估模型，計算發現采取風險控制措施后隧道下穿高速公路段施工風險等級已從極高降為低度，表明采取的風險控制措施是合理可行的，其能夠保障隧道成功穿越機荷高速公路。

[1]EinsteinHH.Riskandriskanalysisinrockengineering[J].TunnellingandUndergroundSpaceTechnology, 1996, 11(2): 141-155.

[2]EinsteinHH,XuS,GrassoP.MahtabMA.Decisionaidsintunneling[J].WorldTunneling, 1998(4): 157-159.

[3]SturkR,OlssonL,JohanssonJ.RiskanddecisionanalysisforlargeundergroundprojectsasappliedtotheStockholmringroadtunneling[J].TunnelingandUndergroundSpaceTechnology, 1996, 11(2): 157-164.

[4]KampmannJ,EskesenSD,SummersJW.Riskassessmenthelpsselectthecontractorforthecopenhagenmetrosystem[C]//ProceedingsoftheWorldTunnelCongress98onTunnelsandMetropolises.SaoPaolo,Brazil, 1998: 123-128.

[5]ClarkGT,BorstA.AddressingriskinSeattle'sunderground[J].PBNetwork, 2002(1): 34-37.

[6]WoudeSV,maidlU,andJonkerJH.RiskmanagementfortheBetuwerouteshielddriventunnels[C]//(Re)ClaimingtheUndergroundSpace, 2003: 1043-1049.

[7]EskesenSD,TengborgPR,KampmannJ,etal.Guidelinesfortunnellingriskmanagement:Internationaltunnellingassociation,workinggroupNo.2[J].TunnellingandUndergroundSpaceTechnology, 2004(19): 217-237.

[8] 錢七虎, 戎曉力. 中國地下工程安全風險管理的現狀、問題及相關建議[J]. 巖石力學與工程學報, 2008, 27(4): 649-655.

QIANQihu,RONGXiaoli.StateissuesandrelevantrecommendationsforsecurityriskmanagementofChina’sundergroundengineering[J].ChineseJournalofRockMechanicsandEngineering, 2008, 27(4): 649-655.

[9] 代春泉, 王磊, 黃明琦. 城市隧道施工風險指數法評估[J]. 北京工業大學學報, 2012, 38(2): 251-256.DAIChunquan,WANGLei,HUANGMingqi.Riskindexassessmentofurbantunnelconstruction[J].JournalofBeijingUniversityofTechnology, 2012, 38(2): 251-256.

[10] 許振浩, 李術才, 李利平, 等. 基于層次分析法的巖溶隧道突水突泥風險評估[J]. 巖土力學, 2011, 32(6): 1757-1766.

XUZhenhao,LIShucai,LILiping,etal.RiskassessmentofwaterormudinrushofKarsttunnelsbasedonanalytichierarchyprocess[J].RockandSoilMechanics, 2011, 32(6): 1757-1766.

[11] 陳潔金, 張永杰. 下穿既有橋梁隧道施工風險定量評估方法[J]. 中南大學學報(自然科學版), 2015, 46(5): 1862-1868.

CHENJiejin,ZHANGYongjie.Quantitativeriskassessmentmodeloftunnelconstructionunderpassingexistingbridges[J].JournalofCentralSouthUniversity(ScienceandTechnology), 2015, 46(5): 1862-1868.

[12] 趙延喜, 徐衛亞. 基于AHP和模糊綜合評判的TBM施工風險評估[J]. 巖土力學, 2009, 30(3): 793-798.ZHAOYanxi,XUWeiya.RiskassessmentofTBMconstructionfortunnelsbasedonAHPandfuzzysyntheticevaluation[J].RockandSoilMechanics, 2009, 30(3): 793-798.

[13] 安永林, 彭立敏, 吳波, 等. 隧道坍方突發性事件風險可拓法綜合評估[J]. 中南大學學報(自然科學版), 2011, 42(2): 514-520.

ANYonglin,PENGLimin,WUBo,etal.Comprehensiveextensionassessmentontunnelcollapserisk[J].JournalofCentralSouthUniversity(ScienceandTechnology), 2011, 42(2): 514-520.

[14] 高雷, 王升. 財務風險預警的功效系數法實例研究[J]. 南京財經大學學報, 2005(1): 93-97.

GAOLei,WANGSheng.Anempiricalresearchontheeffectcoefficientmethodoffinancialriskpre-warning[J].JournalofNanjingUniversityofFinanceandEconomics, 2005(1): 93-97.

[15] 王迎超, 尚岳全, 孫紅月, 等. 基于功效系數法的巖爆烈度分級預測研究[J]. 巖土力學, 2010, 31(2): 529-534.

WANGYingchao,SHANGYuequan,SUNHongyue,etal.Studyofpredictionofrockburstintensitybasedonefficacycoefficientmethod[J].RockandSoilMechanics, 2010, 31(2): 529-534.

[16] 朱正國, 黃松, 朱永全. 鐵路隧道下穿公路引起的路面沉降規律和控制基準研究[J]. 巖土力學, 2012, 33(2): 558-563.

ZHUZhengguo,HUANGSong,ZHUYongquan.Studyofroadsurfacesettlementruleandcontrolledcriterionforrailwaytunnelundercrossinghighway[J].RockandSoilMechanics, 2012, 33(2): 558-563.

[17]JTGF60—2009, 公路隧道施工技術規范[S].JTGF60—2009,TechnicalSpecificationsforConstructionofHighwayTunnel[S].

[18]JTGD70—2014, 公路隧道設計規范[S].

JTGD70—2014,Designofroadtunnel[S].

[19]CJJ77—98, 城市橋梁設計荷載標準[S].

CJJ77—98,Thestandardofloadingsforthemunicipalbridgedesign[S].

Study on risk assessment and control measures in the construction process of shallow and large-span tunnel beneath expressway

CAO Chengyong1，SHI Chenghua1,2，PENG Limin1,2，LEI Mingfeng1,3

(1.SchoolofCivilEngineering,CentralSouthUniversity,Changsha410075,China;2.NationalEngineeringLaboratoryofHigh-speedRailwayConstruction,Changsha410075,China;3.ChinaConstructionFifthEngineeringDivisionCROP.,LTD,Changsha410004,China)

Forevaluatingconstructionriskandoptimizingconstructionmeasuresofshallowandlarge-spantunnelbeneathexpressway,thefieldmonitoringdataofHongmianroadtunnelinShenzhenwasemployedinthisstudy.Theriskassessmentmodeloftunnelconstructionwasestablishedbasedonefficacycoefficientmethod.Throughthecalculationandanalysis,theresultsshowthattheexistingconstructionmeasurescannotmeetsafetyrequirementintheconstructionprocessoftunnelbeneathexpressway,andthatthelevelofriskisextremelyhighandhenceneedstobetimelyadjusted.Throughcomprehensiveanalysis,aseriesofoptimizationmeasures,forexample,reasonableconstructionstep,thesuitablelengthofbenchandexcavation,soilreinforcementmeasuresontunnelface,optimizingconstructionprocess,closingprimarysupportintimeandspeedinguptheconstructionofsecondlining,wereusedinconstruction,andthefeasibilitywereverifiedbythenumericalcalculationsoftwareFLAC3D.Meanwhile,fromthefeedbackoffieldimplementandmonitoringresult,andintheapplicationofriskassessmentmodelputforward,thecalculationresultsindicatethatthelevelofriskhasbeenreducedtobelowgradeintheconstructionprocessoftunnelbeneathexpressway.Theriskcontrolmeasureshavebeenprovedtobereasonableandfeasibility,whichcanguaranteethatthetunnelcrossesJiheexpresswaysuccessfully.

shallowdepth;largespan;weaksurroundingrock;beneathexpressway;tunnel;riskassessment;controlmeasures

2015-11-28

國家重點基礎研究發展計劃(973)計劃項目(2011CB013802)；中鐵一局科技計劃資助項目

曹成勇(1988-)，男，江蘇建湖人，博士研究生，從事隧道與地下工程方面的研究與應用工作；E-mail：csuccy@csu.edu.cn

U458.1

A

1672-7029(2016)07-1439-08