王北凹隧道洞口及浅埋段安全风险评估及控制措施

２０１４年第５期　ＧｕａｎｇＤｏｎｇ　ＧｏｎｇＬｕ　广东公路交通　ＪｉａｏＴｏｎｇ　总第１３４期　文章编号：１６７１—７６１９（２０１４）０５—００３９—０４　王北凹隧道洞口及浅埋段安全风险评估　及控制措施　王　超　（广东省公路勘察规划设计院股份有限公司，广州５１０５０７）　摘要：受山区地形的限制，山岭隧道洞口及浅埋段地质条件一般较为恶劣，容易造成洞口失稳、大变形等风险，　对隧道的安全施工形成较大隐患。基于王北凹隧道的地质勘察资料、水文地质资料及相关设计资料，通过专家　调查法对隧道洞口及浅埋段风险源进行辨识与排序，对其失稳可能发生的风险等级进行了分析，并提出了相应　的风险控制措施。　关键词：洞口及浅埋段；风险分析；风险源；安全评估；控制措施　中图分类号：Ｕ４５８．１　文献标识码：Ｂ　Ｏ　概述　．　根据现场地质调查和地质钻探成果，隧址区　隧道洞口及浅埋段一般风化严重，岩体破　地层岩性为寒武系八村群变质砂岩及其风化层　碎，隧道埋深较浅，围岩压力大，洞口段是最容易　及泥盆系桂头组粉砂岩组成。在ＲＫ９６＋９２７处　发生工程事故的地段，故在初步设计阶段，洞口　（洞口段）发育小型断层，岩体节理发育不均，岩　及浅埋段应作为隧道安全风险评估内容中重大　体较为破碎，地表露头风化裂隙局部较发育。在　风险事件进行专项评估，对下阶段隧道的设计和　隧道出口，存在一浅层滑塌，坡体表层主要为坡　施工提供参考。　残积粉质粘土，坡积层厚约３～６ｍ，夹极少量碎　本文以江门至罗定高速公路王北凹隧道为　石颗粒。坡体表面局部存在雨水冲刷导致的浅　依托，同时结合该隧道的工程地质情况，利用专　层滑塌现象，局部树木稍有倾斜。　家调查法对其初步设计阶段洞口及浅埋段进行　２　王北凹隧道洞口及浅埋段的风险分析　安全风险评估，同时提出了相应的风险控制措施　２．１　洞口及浅埋段风险因素分析　建议。　隧道洞口附近风险的主要形式有洞口边仰　ｌ　工程概况　坡滑塌、洞内塌方、冒顶、初期支护大变形等。根　江门至罗定高速公路是广东省高速公路网　据对王北凹隧道工程地质的分析，洞口存有潜在　规划第四横线的重要组成部分。第四横线为福　风险的因素主要有以下三点。　建漳州（省界）至广西玉林（省界），起于福建漳　２．１．１　洞１：２断层破碎带　州，经饶平、潮州、揭东、中山、江门、新兴、罗定等　王北凹隧道共有一条断层破碎带及一条不　地，至广西岑溪，全长约７６７ｋｍ，是我省东西向的　整合接触带，其中断层破碎带位于ＲＫ９６＋９３５～　一条重要通道。　ＲＫ９６＋９７３，洞身围岩主要为强～中风化变质砂　王北凹隧道是江罗高速西段上的一座特长　岩，节理裂隙发育，岩体破碎，围岩承载力低，隧　隧道，左线长度３　７５１　ｍ，右线长度３　７１３ｍ。隧　道开挖过程中易沿着断层破碎带强度最低的位　址区位于丘陵及低山区，隧道最大埋深约　置发生变形，造成失稳破坏，引发突涌水、大变　４８０ｍ，最大相对高差约为５０３ｍ。隧址区内山脊　形、塌方等不良地质灾害，故在施工过程中应引　线大部分呈南北向，隧道进口处地形陡峻，呈陡　起足够的重视。王北凹隧道进口断层破碎带如　坎状。　图１所示。　作者简介：王超（１９８３．０５一），男，硕士研究生，工程师，从事桥梁与隧道工程勘察设计工作，Ｅ－ｍａｉｌ：ｂａｌａｎｃｅＯ０８＠１６３．ｃｏｍ。　・３９・　２０１４年第５期　广东公路交通　总第１３４期　图１进口断层破碎带纵断面图　２．１．２　洞口浅埋、软弱围岩段　王北凹左线隧道罗定端ＬＫ１００＋５４５～ＬＫ１００　＋６５０段，长１０５ｍ，埋深２ｍ～３０ｍ。围岩主要为粉　质粘土、全风化粉砂岩及强风化粉砂岩组成（如图　２所示）。由于该段落围岩整体性、稳定性差，而且　受雨水浸泡造成其强度降低，易产生冲刷变形破坏。　图２出口浅埋、软岩段纵断面图　２．１．３　隧道出口浅层滑塌　根据工程地质调绘成果，王北凹右线隧道出　口即ＲＫ１００＋６００一ＲＫ１００＋７５０段落存在一浅层　滑塌。地形地貌属丘陵坡地边缘，地形较陡，坡脚　处发育一条冲沟，地面标高约１２１．６７～１７８．７２ｍ，　植被发育，生长松树及各种灌木、蕨类植物。根据　钻孔资料及地质调绘资料，坡体表层主要为坡残　积粉质粘土，坡积层厚约３～６ｍ，夹极少量碎石颗　粒。地表存在明显的地形差，约２～５ｍ，坡体表面　局部存在雨水冲刷导致的浅层滑塌现象，局部树木　稍有倾斜。王北凹隧道出口浅层滑塌如图３所示。　图３隧道出口浅层滑塌平面图　・４０・　２．２　隧道风险分析的专家调查法　专家调查法是一种最常用、最简单易用的方　法。它的应用由两步组成：首先辨识出某一特定　项目可能遇到的所有风险，列出风险调查表；然后　利用专家经验对可能的风险因素的重要性进行评　价，综合成整个项目风险。本次风险评估采用专　家调查法，具体步骤如下：　确定每个风险因素的权重，以表征其对项目　风险的影响程度。确定每个风险因素的等级值，　按可能性很大、比较大、中等、不大、较小这五个等　级打分，分别乘以１．０、０．８、０．６、０．４及０．２的系　数，然后将每项风险因素的权数与等级值相乘，求　得该项风险因素的得分，再求出该项目风险因素　的总分。显然，总分越高者该项目风险越大。　２．３　洞口及浅埋段塌方风险因素辨识　风险因素辨识是风险分析的基础，通过建立　专家调查表，对王北凹隧道存在的主要风险进行　调查。根据专家调查结果，对洞口及浅埋段失稳　的风险因素进行辨识（风险因素的排序以调查结　果为准）（图４）。　隔百　图４隧道洞口及浅埋段风险源辨识　２．４洞口及浅埋段风险评估　２．４．１分段评估结果　结合王北凹隧道的实际情况，对隧道洞口及　浅埋段风险事件进行综合分析，可以得到隧道洞　口及浅埋段初始风险等级如表１。　２．４．２风险因素排序　根据专家调查法，确定每个风险因素的等　级值，按可能性很大、比较大、中等、不大、较小　这五个等级打分，分别为１．０、０．８、０．６、０．４及　０．２的系数。然后将该风险事件的不同专家对　各个风险因素的打分作加权平均统计，根据统　计结果按不同风险因素的得分从高到低排序。　根据专家评分值可知，洞口及浅埋段风险源重　要性排序结果为：工程地质及水文地质＞洞口　边仰坡防护＞隧道支护方案＞施工质量＞洞口　位置＞施工防排水＞隧道埋深＞施工工法＞施　工辅助措施。　２０１４年第５期　王超王北凹隧道洞口及浅埋段安全风险评估及控制措施　总第１３４期　表１洞口及浅埋段初始风险等级　起点里程　终点里程——　塑　堕　概率等级后果等级风险等级　３　风险控制措施　根据王北凹隧道洞口及浅埋段的地质条件，　结合对风险因素的辨识结果，对隧道在初步设计　阶段洞口及浅埋段的风险控制措施建议如下：　（１）尽量获取更详细的地质勘察资料，以便　设计更合理的支护参数；在施工过程中动态设　计，及时根据最新的围岩情况变更支护参数。　（２）施工过程中应贯彻“短进尺、弱爆破、强　支护、早封闭”的施工原则，尽快缩短掘进过程中　各工序间步距，及时支护，保证支护结构具有足　够的刚度和稳定性。　（３）洞口施工中须严格控制仰坡的稳定性，　严格控制刷坡，加强对洞口仰坡地表的监控量测　工作，如发现仰坡有不稳定现象，应及时采取加　强措施保证施工安全，如地表注浆加固、提高防　护参数等措施。　（４）加强洞口及浅埋段施工期间防排水工　作，将山岭地表水截排于坑道之外。　（５）安排合理的施工进度，洞口软弱围岩段　落尽量采用人工开挖，严格控制开挖进尺。若　采用爆破施工，则应严格控制装药量和爆破速　率。　（６）对于断层破碎带，应在此处加强地质勘　察并进行超前地质预报。若初步推断前方富水　时，应采用超前钻孔进行核实，采用全断面深孔　注浆或后注浆措施保护地下水资源环境。　（７）加强施工管理，提高施工队伍的技术水　平，同时加强对职工的教育，树立“安全第一”的　意识。　４　评估结果　通过对王北凹隧道洞口及浅埋段初始风险　等级评定，对安全风险等级为“Ⅲ和Ⅳ”的风险事　件必须采取有效的措施，使风险降低到可以接受　的范围。对洞口及浅埋段初始风险采用相应的　工程措施处理以后，进行残余风险评估，其残余　风险等级评定见表２。　表２洞口及浅埋段残余风险等级表　起点里程　终点里程——一　概率等级后果等级风险等级　５　结语　（１）结合王北凹隧道的具体工点情况，通过　专家调查法的分析方法，对隧道洞口及浅埋段风　险源进行辨识与排序，为隧道风险等级的评定提　供了依据。　（２）通过对王北凹隧道洞口及浅埋段初始风　险等级进行统计分析，该段落不存在“Ⅳ”等级风　险，最高风险等级为“Ⅲ”，所占比例为８９．０％。　（３）提出了施工阶段洞口及浅埋段失稳风险　控制措施，从多方面综合全面预防洞口及浅埋段　失稳的发生，同时给出了该段落的残余风险等　级。　参考文献：　［１］公路隧道设计规范ＪＴＪ　Ｄ７０—２００４［Ｓ］．北京：人　民交通出版社，２００４．　・４１・　２０１４年第５期　广东公路交通　总第１３４期　［２］型钢混凝土组合结构技术规程ＪＧＪ　１３８—２００１　［ｓ］．北京：中国建筑工业出版社，２００２．　［３］陈蔚．山岭隧道洞口稳定性分析及失稳风险评　估［Ｊ］．低温建筑技术，２０１２，（５）：１０８一ｌ１０．　与控制［Ｊ］．广东公路交通，２０１１，（４）：４９—５３．　［６］曾永军，李明国．石鼓特长大断面隧道施工通　风方案应用［Ｊ］．广东公路交通，２０１２，（１）３５—３７．　［７］李波，吴从师．溶洞的存在对隧道开挖影响的数　值分析［Ｊ］．广东公路交通，２０１１，（２）５６—５８．　（收稿日期：２０１４—０７—１５）　［４］徐慧芬，魏龙海，等．梅花箐隧道安全风险评估　研究［Ｊ］．路基工程，２０１１，（５）：１５３—１５５．　［５］罗立娜．上坪隧道重大风险事件安全风险评估　Ｓａｆｅｔｙ　Ｒｉｓｋ　Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ　ａｎｄ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｍｅａｓｕｒｅｓ　ｆｏｒ　Ｓｈａｌｌｏｗ－ｂｕｒｉｅｄ　Ｐｏｒｔａｌ　Ｓｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｗａｎｇｂｅｉａｏ　Ｔｕｎｎｅｌ　ⅣＧ　Ｃｈａｏ　（Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ　Ｈｉｇｈｗａｙ　Ｄｅｓｉｇｎ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ　５　１０５０７，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｓ　ｂｅｉｎｇ　ｌｉｍｉｔｅｄ　ｗｉｔｈ　ｍｏｕｎｔａｉｎｏｕｓ　ｔｏｐｏｇｒａｐｈｙ，ｔｈｅｒｅ　ｉｓ　ｎｏｒｍａｌｌｙ　ｑｕｉｔｅ　ｓｅｒｉｏｕｓｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｓｈａｌｌｏｗ—ｂｕｒｉｅｄ　ｐｏｒｔａｌ　ｓｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｕｎｎｅｌｓ，ｗｈｉｃｈ　ｗｉｌｌ　ｅａｓｉｌｙ　ｃａｕｓｅ　ｒｉｓｋｓ　ａｓ　ａｓ　ｐｏｒｔａｌ　ｉｎｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ｏｒ　ｌａｒｇｅ　ｄｅｆｏｒｍａ—　ｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｍａｙ　ｌｅａｄ　ｔｏ　ｑｕｉｔｅ　ｈｉｇｈ　ｄａｎｇｅｒ　ｆｏｒ　ｓａｆｅｔｙ　ｏｆ　ｔｕｎｎｅｌ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ．Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　ｓｕｒｖｅｙ，ｈｙｄｒｏｇｅｏｌｏ－　ｇＹ　ａｎｄ　ｄｅｓｉｇｎ　ｄａｔａ　ｏｆ　Ｗａｎｇｂｅｉａｏ　Ｔｕｎｎｅｌ，ｔｈｅ　ｒｉｓｋ　ｆａｃｔｏｒｓ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｓｈａｌｌｏｗ－ｂｕｒｉｅｄ　ｐｏｒｔａｌ　ｓｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｕｎｎｅｌ　ｈａｖｅ　ｂｅｅｎ　ｒｅｃｏｇｎｉｚｅｄ　ａｎｄ　ｓｏｒｔｅｄ　ｂｙ　ｅｘｐｅｒｔｓ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ，ｔｈｅ　ｒｉｓｋ　ｌｅｖｅｌ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｏｓｓｉｂｌｅ　ｉｎｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ａｎａ—　ｌｙｚｅｄ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｒｉｓｋ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｍｅａｓｕｒｅｓ　ｈａｖｅ　ｂｅｅｎ　ｐｕｔ　ｆｏｒｗａｒｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｓｈａｌｌｏｗ—ｂｕｒｉｅｄ　ｐｏｒｔａｌ　ｓｅｃｔｉｏｎ；ｒｉｓｋ　ａｎａｌｙｓｉｓ；ｒｉｓｋ　ｆａｃｔｏｒｓ；ｓａｆｅｔｙ　ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ；ｃｏｎｔｒｏｌ　ｍｅａｓｕｒｅｓ　痧　（上接第３０页）　［３］王菲，田山坡，禚一．高墩大跨连续刚构桥的稳定　分析［Ｊ］．铁道工程学报，２０１２（１０）：５７—６２．　［４］公路桥涵设计通用规范ＪＴＧ　Ｄ６０—２００４［ｓ］．北　京：人民交通出版社，２００４．　［６］项海帆，等．公路桥梁抗风设计指南［Ｍ］．北京：　人民交通出版社，１９９６．　［７］蒋银萍．刚构桥中的高墩计算研究［Ｊ］．中国水　运，２００７（９）：８８—８９．　（收稿日期：２０１４—０５—１３）　［５］公路桥梁抗风设计规范ＪＴＧ／Ｔ　Ｄ６０—０１—２００４　［Ｓ］．北京：人民交通出版社，２００４．　Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　Ｌｏｎｇ—ｓｐａｎ　Ｃｕｒｖｅｄ　Ｒｉｇｉｄ　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　Ｂｒｉｄｇｅ　ｗｉｔｈ　Ｈｉｇｈ　Ｐｉｅｒｓ　ｗｈｅｎ　Ｍａｘｉｍｕｍ　Ｃａｎｔｉｌｅｖｅｒｉｎｇ　ａｎｄ　Ｂｒｉｄｇｅ　Ｃｏｍｐｌｅｔｉｏｎ　ＷＡＮＧ　Ｙａｌｏｎｇ，ＬＩ　Ｊｉｎｌｏｎｇ　（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｃｉｖｉｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｌａｎｚｈｏｕ　Ｊｉａｏｔｏｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｃｉｔｙ，Ｌａｎｚｈｏｕ　７３００７０，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈ　ｈｉｇｈ　ｐｉｅｒ　ｌａｒｇｅ・ｓｐａｎ　ｃｕｒｖｅｄ　ｂｒｉｄｇｅ　ａｓ　ｔｈｅ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｂｊｅｃｔ，ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ｅｕｌｅｒ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ｔｈｅｏｒｙ，ｂｙ　ａ—　ｄｏｐｔｉｎｇ　ｓｐａｃｅ　ｆｉｎｉｔｅ　ｅｌｅｍｅｎｔ　ｍｅｔｈｏｄ，ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇ　ｐｏｓｓｉｂｌｅ　ａｄｖｅｒｓｅ　ｌｏａｄ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｔｈｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ｄｕｒｉｎｇ　ｂｏｔｈ　ｍａｘｉｍｕｍ　ｃａｎｔｉｌｅｖｅｒｉｎｇ　ａｎｄ　ｃｏｍｐｌｅｔｉｏｎ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｓｔａｇｅ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ　ａｎｄ　ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｒｏｕｇｈ　ｔｈｅ　ｒｅ—　ｓｅａｒｃｈ，ｉｔ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ｆ０ｕｎｄ　ｔｈａｔ：ｔｈｅ　ｍａｘｉｍｕｍ　ｃａｎｔｉｌｅｖｅｒｉｎｇ　ｓｔａｔｅ　ｉｓ　ｔｈｅ　ｍｏｓｔ　ｕｎｓｔａｂｌｅ　ｓｔａｔｅ　ｄｕｒｉｎｇ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｓｓ；ｉｔ　ｉｓ　ｔｈｅ　ｐｅｒｍａｎｅｎｔ　ｌｏａｄ　ｔｈａｔ　ｃｏｎｔｒｏｌｓ　ｔｈｅ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｂｒｉｄｇｅ　ｓｔｕｃｔｕｒｅ，ｗｈｉｌｅ　ｔｒｈｅｒｅ　ｉｓ　ｎｏｔ　ｓｅｒｉｏｕｓ　ｏｒ　ｑｕｉｔｅ　ｓｍａｌｌ　ｉｍｐａｃｔ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｂｒｉｄｇｅ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ｆｒｏｍ　ｌｉｖｅ　ｌｏａｄ，ｗｉｎｄ　ｌｏａｄ　ｏｒ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ；ｄｕｒｉｎｇ　ｃａｎｔｉｌｅｖｅｒ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｓｔａｇｅ，ｓｉｇｎｉｉｃａｎｔ　ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ　ｏｆ　ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ　ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｆ　ａｐｐｅａｒｓ　ａｔ　ｔｈｅ　ｐｉｅｒ　ｔｏｐ　ｏｆ　ｃｕｒｖｅｄ　ｒｉｇｉｄ　ｆｌａｍｅ　ｂｒｉｄｇｅ，ｗｈｉｌｅ　ｌｅｓｓ　ｉｍｐａｃｔ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ｆｏｕｎｄ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｓｔａｇｅ　ｏｆ　ｃｏｍｐｌｅｔｉｏｎ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ，ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙ　ｔｈｅ　ｉｍｐａｃｔ　ｆｒｏｍ　ｗｉｎｄ　ｌｏａｄ；ｔｈｅ　ｒｅｌａ—　ｔｉｏｎｓ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｔｈｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ　ｖａｌｕｅ　ｏｆ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ，ｐｉｅｒ　ｈｅｉｇｈｔ　ａｎｄ　ｃｕｒｖｅ　ｒａｄｉｕｓ　ｏｆ　ｈｉｇｈ　ｐｉｅｒ　ｌａｒｇｅ－ｓｐａｎ　ｃｕｒｖｅｄ　ｒｉｇ・　ｉｄ　ｆｌａｍｅ　ｂｒｉｄｇｅ　ｈａｖｅ　ｂｅｅｎ　ｏｂｔａｉｎｅｄ，ｗｈｉｃｈ　ｃｏｕｌｄ　ｐｒｏｖｉｄｅ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ　ｆｏｒ　ｄｅｓｉｇｎ，ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｌｉｎｅａｒ　ｍｏｎｉｔｏ—　ｒｉｎｇ　ｆｏｒ　ｓｉｍｉｌａｒ　ｂｒｉｄｇｅｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｃｕｒｖｅｄ　ｒｉｇｉｄ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｂｒｉｄｇｅ；ｈｉｇｈ　ｐｉｅｒ；ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｐｈａｓｅ；ｓｔａｂｉｌｉｔｙ；ｆｉｎｉｔｅ　ｅｌｅｍｅｎｔ　・４２・