隧道洞口仰坡的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與管理方法

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中國(guó)路橋工程有限責(zé)任公司

1 引言

隧道洞口段埋深程度較小、風(fēng)化較為嚴(yán)重、巖體呈破碎狀態(tài)，不管是在施工還是在日常應(yīng)用中，都很容易受到大氣、降水等因素的影響，尤其是在隧道施工的擾動(dòng)影響下，洞口坡體非常容易發(fā)生失穩(wěn)問(wèn)題[1]。國(guó)內(nèi)有曾有學(xué)者統(tǒng)計(jì)，隧道施工中由邊坡失穩(wěn)導(dǎo)致的意外事故發(fā)生概率超過(guò)了隧道全部事故的一半以上，為了更好地控制隧道施工風(fēng)險(xiǎn)，本文根據(jù)實(shí)例做了具體的研究和分析。

2 工程概況

某隧道左、右進(jìn)口端洞口位于斜坡地段，坡表無(wú)植被覆蓋。進(jìn)口端洞口段覆蓋層厚度處于1m~3m，主要物質(zhì)為坡洪積角礫含粗砂，平日易發(fā)生沖刷類破壞，嚴(yán)重情況下甚至?xí)l(fā)生水土流失，在這個(gè)位置進(jìn)行施工時(shí)，開挖操作十分容易遇到斜坡墜落情況，嚴(yán)重的還會(huì)導(dǎo)致洞口滑塌。進(jìn)口端基巖呈裸露狀態(tài)，巖體狀態(tài)破碎，整體狀況基本穩(wěn)定，但是進(jìn)洞段埋深程度較小，穩(wěn)定性較差，地質(zhì)條件不佳，施工中容易產(chǎn)生小范圍的坍塌問(wèn)題。

隧道出口端洞口位于斜坡地段，坡表無(wú)植被覆蓋，自然坡度約67°。出口端洞口覆蓋層主要由粉土、碎石、大量砂礫等構(gòu)成，平日容易發(fā)生沖刷類破壞，嚴(yán)重的甚至?xí)?dǎo)致水土流失問(wèn)題，下伏基巖為花崗巖，風(fēng)化程度為中度風(fēng)化，節(jié)理裂隙較發(fā)育，質(zhì)地脆，容易發(fā)生破碎。出口端下伏強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，節(jié)理裂隙發(fā)育，埋深程度較小，自穩(wěn)定性較差，工程地質(zhì)條件不佳，也容易產(chǎn)生小范圍坍塌。

隧道出口附近位置存在一處泥石流，具體位于隧道上方，因?yàn)樵撐恢盟淼缆裆钶^大，所以預(yù)測(cè)泥石流不會(huì)對(duì)隧道產(chǎn)生過(guò)大的影響。

3 影響隧道洞口穩(wěn)定性的因素分析

3.1 隧道進(jìn)口

該隧道進(jìn)口處地形較陡，進(jìn)口表層無(wú)植被覆蓋，主要分布著殘坡積黏性土、塊石，隧道圍巖主要為砂質(zhì)黏性土和風(fēng)化狀凝灰熔巖，從整體角度看，呈現(xiàn)出散體結(jié)構(gòu)形式。在距離隧道進(jìn)口90m的位置存在一處斷裂破碎帶。另外，經(jīng)過(guò)測(cè)量發(fā)現(xiàn)，隧道地下水位明顯高于洞頂板。據(jù)勘查報(bào)告顯示，其他位置不存在滑坡、泥石流、崩塌、采空區(qū)等不良地質(zhì)情況。經(jīng)過(guò)分析和總結(jié)，影響隧道進(jìn)口位置穩(wěn)定性的主要因素有以下三個(gè)方面。

（1）洞口段覆蓋層的平均厚度超過(guò)10m，存在不均勻地表沉降或者滑塌的可能。

（2）隧道地下水文較高，如果施工在雨季開展，降雨會(huì)加劇地表不均勻沉降問(wèn)題，使得隧道洞口非常容易出現(xiàn)塌方類問(wèn)題。

（3）隧道附近斷裂破碎帶的存在容易使隧道圍巖形狀發(fā)生改變，實(shí)際施工中，稍有不慎就會(huì)產(chǎn)生塌方類問(wèn)題。

總體來(lái)說(shuō)，因?yàn)橐陨弦蛩氐挠绊懀淼肋M(jìn)口位置容易出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題主要有地表不均勻沉降、殘坡積黏性土、塌方以及塊石產(chǎn)生的坍塌等。

3.2 隧道出口

該隧道出口地形坡度較緩，隧道出口表層無(wú)植被覆蓋，主要分布粉質(zhì)黏土，隧道圍巖主要為砂質(zhì)黏性土和風(fēng)化狀凝灰熔巖，從整體角度看，呈現(xiàn)出散體結(jié)構(gòu)形式。距離出口端洞口23m的位置存在一條長(zhǎng)度為12m的超淺埋區(qū)域。經(jīng)過(guò)測(cè)量發(fā)現(xiàn)，隧道地下水明顯高于洞頂板。經(jīng)過(guò)分析和總結(jié)，影響隧道出口端洞口位置穩(wěn)定性的因素主要有以下三個(gè)方面。

（1）因?yàn)榈叵滤惠^高，如果在雨季施工，和隧道進(jìn)口端一樣，受降雨因素的影響也容易產(chǎn)生地表不均勻沉降問(wèn)題，嚴(yán)重的甚至?xí)?dǎo)致隧道洞口塌方問(wèn)題。

（2）距離出口端洞口23m的位置存在超淺埋區(qū)域，最小厚度僅為5m。再加上圍巖為全風(fēng)化凝灰熔巖、碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化凝灰熔巖，隧道施工過(guò)程中產(chǎn)生塌方或者冒頂現(xiàn)象的可能性非常大，特別是在雨季施工時(shí)這類問(wèn)題往往更加明顯。

（3）隧道出口存在偏壓現(xiàn)象，實(shí)際施工中需要設(shè)置必要的三級(jí)邊坡，控制邊坡的高度最高不能超過(guò)20m。

總結(jié)來(lái)說(shuō)，受以上因素的影響，隧道出口位置的在施工中容易產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題主要有：洞口高邊坡塌方、殘坡積黏性土、塊石產(chǎn)生的坍塌以及地表不均勻沉降等。

4 隧道洞口仰坡的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與管理理論

所謂風(fēng)險(xiǎn)，就是事件進(jìn)行中存在和初衷利益不相符的潛在損失，由這類潛在損失對(duì)主體所造成的危害事態(tài)就被稱為該事件中的風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)分析定義可以發(fā)現(xiàn)，風(fēng)險(xiǎn)主要由兩個(gè)部分組成，即使險(xiǎn)事件發(fā)生的可能性以及風(fēng)險(xiǎn)類時(shí)間潛在的損失[2]。

風(fēng)險(xiǎn)分析其實(shí)就是在特定條件下研究時(shí)間可以承擔(dān)的風(fēng)險(xiǎn)，主要包含兩個(gè)方面：整個(gè)事件的失事概率和失事后果。以此為基礎(chǔ)就可以建立隧道設(shè)計(jì)施工期間洞口仰坡風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估管理模型，具體如圖1所示。

圖1 隧道施工期間洞口仰坡的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和管理模型

5 該隧道洞口段失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)源辨識(shí)

不同的風(fēng)險(xiǎn)源會(huì)導(dǎo)致不同的風(fēng)險(xiǎn)，相同的風(fēng)險(xiǎn)源也可能導(dǎo)致不同的風(fēng)險(xiǎn)，比如隧道洞口位置地質(zhì)條件不佳，可能會(huì)導(dǎo)致邊仰坡滑塌的問(wèn)題，也有可能導(dǎo)致滲漏水問(wèn)題[3]。根據(jù)該隧道的實(shí)際情況設(shè)立了風(fēng)險(xiǎn)事故樹，具體如圖2所示。

圖2 隧道洞口風(fēng)險(xiǎn)事故樹

6 洞口段失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)估

本文隧道項(xiàng)目設(shè)計(jì)施工前，施工團(tuán)隊(duì)全面勘查了隧道的水文、地質(zhì)、地形和地貌情況，同時(shí)結(jié)合隧道洞口事故失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)概率等級(jí)，應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)矩陣法得出了隧道的洞口段失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)[4]。經(jīng)過(guò)計(jì)算得知，隧道洞口風(fēng)險(xiǎn)概率等級(jí)為3級(jí)、風(fēng)險(xiǎn)損失等級(jí)為2級(jí)、整體風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為Ⅱ級(jí)，再結(jié)合施工條件、施工設(shè)備和施工環(huán)境商討分析得出，隧道整體風(fēng)險(xiǎn)處于可接受范圍之內(nèi)，為了提高其設(shè)計(jì)施工的安全性和穩(wěn)定性，可以采取必要的安全控制措施。

7 洞口仰坡的風(fēng)險(xiǎn)管理

對(duì)于隧道洞口仰坡風(fēng)險(xiǎn)管理，針對(duì)不可接受的風(fēng)險(xiǎn)，一般需要采取風(fēng)險(xiǎn)減緩方案，經(jīng)常采取的措施主要有三種：避免風(fēng)險(xiǎn)類措施、控制風(fēng)險(xiǎn)類措施和轉(zhuǎn)移風(fēng)險(xiǎn)類措施，具體做如下分析。

（1）避免風(fēng)險(xiǎn)類措施。其實(shí)就是在正式施工前，對(duì)洞口仰坡采取必要的綜合治理措施，比如在明洞入口上方修建擋土墻等。

（2）控制風(fēng)險(xiǎn)類措施。具體來(lái)說(shuō)，就是對(duì)于存在風(fēng)險(xiǎn)的邊坡采取必要的變形監(jiān)測(cè)以及加固措施，同時(shí)制定具有針對(duì)性的預(yù)警預(yù)案措施。

（3）轉(zhuǎn)移風(fēng)險(xiǎn)類措施。轉(zhuǎn)移風(fēng)險(xiǎn)的過(guò)程并不會(huì)控制或者消除災(zāi)害問(wèn)題，而是將災(zāi)害潛在的風(fēng)險(xiǎn)轉(zhuǎn)移到其他部門或者集體，常見的為保險(xiǎn)公司。轉(zhuǎn)移風(fēng)險(xiǎn)的過(guò)程中，往往需要施工團(tuán)隊(duì)為施工過(guò)程中應(yīng)用到的設(shè)備以及參與施工的人員購(gòu)買特定范圍內(nèi)的保險(xiǎn)，繼而將風(fēng)險(xiǎn)有效轉(zhuǎn)移給保險(xiǎn)公司，由保險(xiǎn)公司承擔(dān)。與此同時(shí)，減緩風(fēng)險(xiǎn)還可以應(yīng)用一些更加緩和的方法，比如加強(qiáng)公眾宣傳，引導(dǎo)大眾或者投資者正確認(rèn)識(shí)可容許風(fēng)險(xiǎn)，在日常施工中針對(duì)危險(xiǎn)位置懸掛警示牌，以此提高工作人員安全意識(shí)等[5]。

針對(duì)本文所探討的隧道工程，可以采取的風(fēng)險(xiǎn)管理措施有以下五個(gè)方面。

（1）在設(shè)計(jì)施工前，做好全面的、細(xì)致的地質(zhì)勘查工作，從而得到準(zhǔn)確的地質(zhì)參數(shù)，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出科學(xué)的支護(hù)參數(shù)，實(shí)際施工中也要時(shí)刻關(guān)注圍巖情況，并且根據(jù)圍巖情況合理調(diào)整支護(hù)參數(shù)。

（2）如果施工必須在雨季開展，需要加大洞口位置的監(jiān)控測(cè)量頻率，提高洞口施工安全水平，保證施工安全。

（3）隧道洞口位置施工過(guò)程中，嚴(yán)格遵守“先加固、后開挖、小進(jìn)尺、微振動(dòng)、弱爆破”的原則，施工過(guò)程要做到快進(jìn)快出，提高工作效率的同時(shí)保證施工過(guò)程的安全性。

（4）施工前，對(duì)洞口段的地質(zhì)情況進(jìn)行仔細(xì)勘察，如果地質(zhì)勘查報(bào)告較差，為了提高仰坡安全水平，一般需要采取超前管棚支護(hù)措施。

（5）該隧道所在位置處于地震高發(fā)區(qū)，為此必須在洞口位置加強(qiáng)抗震設(shè)計(jì)，比如可以采取控制洞口邊仰坡陡度和高度、調(diào)整洞口形式、增大洞口縱向配筋直徑等措施，進(jìn)而降低洞口段失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)事件發(fā)生的可能性。

8 結(jié)束語(yǔ)

總而言之，隧道工程較其他工程施工過(guò)程更加復(fù)雜，施工過(guò)程中可能遇到的不確定性因素更多，可以說(shuō)隧道施工過(guò)程所面臨的風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題較其他工程更為突出，而洞口位置失穩(wěn)問(wèn)題的發(fā)生概率明顯更高。為此，施工團(tuán)隊(duì)在施工前必須做好全面、細(xì)致的地質(zhì)勘查工作，然后評(píng)估隧道洞口的穩(wěn)定性，明確隧道洞口位置容易發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題，針對(duì)不同的問(wèn)題采取有針對(duì)性的風(fēng)險(xiǎn)管控方法，提高隧道設(shè)計(jì)和施工的安全水平。