大跨扁平浅埋隧道安全风险评估研究

杨绍战 薛普恒

(中交第一公路勘察设计研究院有限公司，陕西 西安 710075)



大跨扁平浅埋隧道安全风险评估研究

杨绍战 薛普恒

(中交第一公路勘察设计研究院有限公司，陕西 西安 710075)

以龙头山隧道为例，对该隧道主要风险事件进行了分段分析与综合评价，并提出了降低风险的对策，指出在采取合理的风险控制措施后，可以大大降低隧道工程建设风险，将隧道总体风险水平控制在可接受范围。

隧道，风险评估，围岩，风险事件

0 引言

公路隧道风险评估是一项复杂的系统工程,其主要目的是通过一定的手段和技术方法,量化隧道工程在设计、施工和运营管理期间有可能造成的人身伤害、财产损失、环境损害、工程经济损失、工期延误等潜在的不利事件的发生概率和后果,明确残留风险程度。

本文对龙头山隧道可能存在的风险进行辨识、分析和综合评估，以期为今后其他隧道的风险评估提供参考。

1 隧道概况

龙头山隧道位于同三、京珠国道主干线，绕广州东环高速公路，是其控制性重点工程，是目前国内已运营最长的一座双向八车道高速公路隧道。龙头山隧道位于广州市龙头山森林公园内，单洞总长2 012 m(左线长1 010 m，右线长1 002 m)，设计速度100 km/h，纵坡为+1.008%，净宽18.0 m，净高5.0 m。隧道最大埋深98 m，左右线最小净距20.8 m，是典型的小净距特大断面隧道(见图1)。

2 工程地质条件

隧道所处地貌单元属长期风化剥蚀丘陵地貌区，主要分布第四系残坡积物(砾质亚粘土)，基岩为燕山晚期的花岗岩侵入体，岩性为二长花岗岩，Ⅳ，Ⅴ级围岩占隧道总体的30%左右，Ⅱ，Ⅲ级围岩占隧道总体的70%左右。进出口段多为坡残积土及全～强风化花岗岩，结构松散，稳定性差。

3 风险评估

3.1 风险分析

分析龙头山隧道设计、地质、水文地质资料，主要存在以下特点和难点：

1)隧道断面大，跨度大，无成熟的单洞四车道隧道施工经验可借鉴。2)在软弱围岩中，开挖跨径大(最大开挖跨径为21.6 m)、扁平率低(扁平率为0.63)，断面大(最大断面230.8 m2)，受力复杂，大偏压严重。3)左右线间距小，最小净距20.8 m，小于1倍洞径，属于小净距隧道，施工干扰大。4)Ⅳ，Ⅴ级围岩采用双侧壁导坑法开挖，工序繁多，施工管理要求高。5)隧道洞口及浅埋段覆跨比小于1，右线进口40 m，浅埋偏压较严重，坡体稳定性较差。6)出口段土层较厚、松散，遇水易坍塌，洞体上部及左右两侧地表分布有许多大大小小的孤石、超浅埋(覆跨比<1)，进洞施工难度大。7)隧道地处龙头山森林公园内，对龙头古庙遗址、生态环境保护及施工噪声、施工粉尘、森林防火和施工排污方面要求高。8)左线进口附近建筑物较多，右线西侧距海军油库300 m，爆破控制要求高。

综上所述，龙头山隧道具有大跨、扁平、浅埋、偏压、小间距等不利因素，修建过程存在诸多待克服的技术难题。

3.2 重大风险事件的确定

根据龙头山隧道地质情况及设计资料，通过专家调查法对其存在的重大风险事件及与之相关的风险源进行检查和辨识。确定风险如表1所示。

表1 主要风险事件列表

3.3 风险识别及初始风险评价

1)进口Ⅴ级围岩段(YK5+765～YK5+900)。围岩为坡残积土及全～强风化花岗岩，结构松散，不稳定，无支护时易塌。在隧道工程界有“进洞难”这个说法，在隧道施工过程中，洞口围岩条件最差，施工工序复杂。隧道进口埋深较浅，且存在较严重的偏压，断面扁平，存在的风险主要为基础下沉、塌方、初支支护开裂大变形、边仰坡失稳。浅埋段较长，发生塌方的规模一般较大，塌方风险等级判定为Ⅲ级；洞口失稳、大变形风险等级判定为Ⅱ级。该段为贫水区，发生突水、涌水的可能性很小。

2)洞身Ⅲ级围岩段(YK5+940～YK6+620)。围岩为中～微风化二长花岗岩，岩体相对较完整，各风险发生的可能性较小，但不排除通过节理裂隙发育带时会发生小规模的围岩失稳。

3)出口Ⅳ级围岩段(YK6+620～YK6+670)。围岩为强～中风化二长花岗岩，节理发育，岩石呈碎石或块石状，隧洞侧壁不稳定，无支护时会产生局部坍塌。考虑到花岗岩呈碎块状，该段地层的主要风险是围岩塌方、大变形，风险等级定为Ⅱ级。

4)出口Ⅴ级围岩段(YK6+670～YK6+767)。围岩为坡积土及全～强风化二长花岗岩，结构松散，不稳定。出口为小净距，其边仰坡的范围远大于一般小断面隧道，在洞口施工过程中，由于四车道断面较大，施工工序复杂，对边仰坡造成了反复扰动，使得整个施工过程中边仰坡极易出现失稳。且出口砂质亚粘土层较厚(15 m)，进暗洞后洞顶仍为土质，全～强风化花岗岩遇水易坍塌、洞体上部分布有许多孤石，导致隧道发生塌方、大变形的风险较大。因此，出口段塌方、洞口失稳、大变形风险等级判定为Ⅲ级。

5)周边环境风险。本隧道位于龙头山公园内，对龙头古庙遗址、生态环境保护及施工噪声、施工粉尘、森林防火和施工排污方面要求高；同时隧道周边建筑物较多，距左线进口100 m为一村落，以三、四层小楼居多，右线西侧距海军油库300 m，施工干扰大，爆破控制要求高。综合以上分析，判定隧道周边环境影响为Ⅱ级。

6)风险等级。通过上述风险评价，对各风险事件等级统计如表2所示。

表2 风险事件等级统计

4 风险对策与残余风险评估

4.1 风险对策

针对上述各风险事件进行评估后，Ⅲ级风险为高度风险，需采取针对性措施将风险降低至可接受或可忽视范围。具体控制措施如下：

1)隧道进口浅埋段落较长，且围岩性质较差，建议适当接长明洞，以控制边、仰坡开挖高度，同时对明洞开挖边坡进行临时支护，及时回填土石并进行植被绿化来与周围环境协调，减小对隧道的偏压影响。2)考虑隧道在龙头山公园穿越，环保要求相对较高，建议在通过Ⅳ，Ⅴ级围岩地段采用局部封堵地下水措施，防止水土流失。3)隧道周边建筑物较多，开挖爆破应采用微震动“光面爆破”技术，微差爆破安全速度控制在1.2 cm/s以下，以最大限度保护周边岩体的完整性和附近海军油库、建筑物的安全。

4.2 残余风险评估

针对高风险事件采取相应的工程对策后，判定龙头山隧道各风险事件残留风险等级为“Ⅱ”“Ⅰ”级风险，已降低至可接受范围，在施工安全目标方面是可以接受的，设计方案可行。

5 结语

1)龙头山隧道是典型的特大断面浅埋隧道,通过风险分析,确认施工中塌方、洞口失稳、大变形、环境保护等初始风险较高。采取风险处理措施后,施工风险相应降低,设计方案可行。2)风险评估贯穿于工程实施整个过程,施工中应跟踪实施后的风险因素及其风险等级变化,实施动态评估。

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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

杨绍战(1983- )，男，工程师； 薛普恒(1984- )，男，工程师

U458.1

A