隧道安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與風(fēng)險(xiǎn)控制措施范文

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【摘要】以黃香灣隧道為例，對(duì)巖溶隧道修建風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與風(fēng)險(xiǎn)控制措施進(jìn)行了詳盡的分析，最終認(rèn)為可采取合理的風(fēng)險(xiǎn)控制措施來降低巖溶隧道工程的建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)，并且風(fēng)險(xiǎn)水平在可接受的范圍內(nèi)。

【關(guān)鍵詞】巖溶隧道；風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估；風(fēng)險(xiǎn)矩陣法

1工程概況

黃香灣隧道為湖南省張桑高速公路重點(diǎn)控制工程、全線最長(zhǎng)隧道。左洞（ZK12+896～ZK16+105）全長(zhǎng)3209m，右洞（K12+887～K16+087）全長(zhǎng)3200m，隧道最大埋深約350m。2015年4月28日晚，在左洞掌子面樁號(hào)ZK13+215處見一大型溶洞，溶洞向右前方延伸。4月29日，勘察組及設(shè)計(jì)組到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了踏查，為確保工程安全及為變更設(shè)計(jì)方案提供地質(zhì)依據(jù)，勘察及測(cè)量組于2015年5月9日～5月13日再次進(jìn)場(chǎng)，對(duì)溶洞的大小進(jìn)行了實(shí)測(cè)，并進(jìn)行了雷達(dá)探測(cè)。現(xiàn)場(chǎng)共實(shí)測(cè)坐標(biāo)點(diǎn)534個(gè)，地質(zhì)雷達(dá)測(cè)線約680m。

2風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的流程及方法

2.1評(píng)估流程

勘察設(shè)計(jì)階段的安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估主要包含了單一風(fēng)險(xiǎn)事件的分段落評(píng)估、單一風(fēng)險(xiǎn)事件的整體性評(píng)估和整體的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。

2.2風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法及等級(jí)

黃香灣隧道穿越巖溶段主要采用了風(fēng)險(xiǎn)矩陣法、層次分析法、模糊綜合評(píng)價(jià)法、專家調(diào)查法等相關(guān)方法進(jìn)行了風(fēng)險(xiǎn)定性和定量化評(píng)估。采用上述方法對(duì)風(fēng)險(xiǎn)事件發(fā)生的概率等級(jí)、后果等級(jí)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)后，將風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分為低度Ⅰ級(jí)、中度Ⅱ級(jí)、高度Ⅲ級(jí)、極高Ⅳ級(jí)[1]（見表1）。 

3黃香灣隧道穿越巖溶段安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

3.1巖溶對(duì)隧道的危害

巖溶會(huì)對(duì)隧道工程的建設(shè)造成嚴(yán)重的危害。巖溶對(duì)隧道工程的危害見表2。

3.2風(fēng)險(xiǎn)事件的確定

3.2.1塌方風(fēng)險(xiǎn)分析根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)調(diào)查情況，溶洞頂板和側(cè)壁圍巖較完整，除靠近掌子面處，其余地方未見明顯松動(dòng)危巖和掉塊，溶洞洞頂和側(cè)壁自穩(wěn)能力較好。溶洞內(nèi)未見明顯洞室蓄水，僅“V”型溶溝處可聽見少量流水聲音，在溶洞洞頂和側(cè)壁局部段落，見裂隙水呈點(diǎn)滴狀滲出，滲水段落發(fā)育少量鐘乳石，平臺(tái)上可見石筍。巖溶發(fā)育段落，破壞了隧道圍巖的整體性，降低了巖體的強(qiáng)度，對(duì)圍巖的完整性及穩(wěn)定影響較大，易導(dǎo)致坍塌及洞頂?shù)乇硭荩划?dāng)與隧道相距較近，或從隧道洞身穿過時(shí)，在巖溶水及軟弱填充物作用下，易導(dǎo)致塌方；隧道掘進(jìn)揭穿巖溶水通道，易導(dǎo)致涌水、突泥發(fā)生，對(duì)隧道圍巖穩(wěn)定及施工影響較大，當(dāng)溶洞連通地表時(shí)，可能引起地表沉陷、塌陷，加劇了隧道塌方，影響施工進(jìn)度，危及隧道施工人員生命安全，對(duì)隧道工程的建設(shè)造成極大的危害。綜合以上分析，巖溶段塌方風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)判定為Ⅲ級(jí)[2]。

3.2.2突涌水風(fēng)險(xiǎn)分析根據(jù)水文地質(zhì)條件，巖溶段地表水不發(fā)育，無大的地表水體，地下水主要為基巖裂隙水和巖溶水。地下水的補(bǔ)給主要通過地表水沿裂隙面下滲補(bǔ)給，ZK13+300沖溝段隱約見水流聲，水量受天氣變化影響較大。預(yù)測(cè)隧道正常涌水量為937m3/d。綜合以上分析，巖溶段突涌水風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)判定為Ⅱ級(jí)。

3.2.3結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)分析由于溶洞橫向?qū)捈s13～45m，最大洞高約38m，為減少縱、橫向跨度，初步處理方案，在“V”型溶溝段（ZK13+290～ZK13+320），左線隧道右側(cè)每隔約10m設(shè)柱子1根，共計(jì)3根，柱子斷面3m×3m，采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，柱頂與溶腔壁相接部位增設(shè)徑向準(zhǔn)22mm砂漿錨桿，錨桿長(zhǎng)4.0m，外露1.0m，并增加必要的膨脹劑，以保證柱子與溶腔壁銜接緊密。以此來穩(wěn)定溶洞，確保隧道施工及運(yùn)營(yíng)安全。模擬大小尺寸約為42m×26m不規(guī)則溶洞，驗(yàn)證巖溶段圍巖自身結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。經(jīng)計(jì)算，溶洞安全系數(shù)為1.1，在自然狀態(tài)下洞室穩(wěn)定，無需設(shè)置鋼筋混凝土保護(hù)柱。該計(jì)算為優(yōu)化治理方案、取消鋼筋混凝土保護(hù)柱提供了可靠的數(shù)據(jù)支撐。為驗(yàn)證隧道襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全可靠，采用荷載結(jié)構(gòu)法分別對(duì)穿越巖溶段明洞襯砌結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算；采用地層結(jié)構(gòu)法對(duì)穿越巖溶段采用Ⅴ級(jí)深埋型襯砌初期支護(hù)、二次襯砌進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算。經(jīng)過結(jié)構(gòu)計(jì)算，巖溶段結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)判定為Ⅱ級(jí)。

3.2.4初始風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)價(jià)通過黃香灣隧道穿越巖溶段風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的評(píng)價(jià)，塌方風(fēng)險(xiǎn)的最高風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為“Ⅲ級(jí)、高度”，突涌水、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為“Ⅱ級(jí)、中度”。具體統(tǒng)計(jì)見表3。

4隧道風(fēng)險(xiǎn)控制措施與殘留風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)估

4.1黃香灣隧道穿越巖溶段風(fēng)險(xiǎn)事件控制措施

4.1.1加強(qiáng)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)加強(qiáng)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，對(duì)施工掌子面前方巖體情況、不良地質(zhì)段落及可能造成的危害進(jìn)行預(yù)測(cè)，指導(dǎo)隧道現(xiàn)場(chǎng)施工。

4.1.2隧道未完全置于溶洞空腔內(nèi)控制風(fēng)險(xiǎn)措施加強(qiáng)支護(hù)，采取正確的開挖方法，從隧道初期支護(hù)的加強(qiáng)、監(jiān)控量測(cè)、及時(shí)施工二次襯砌等幾個(gè)方面，確定一系列預(yù)防危害的施工預(yù)案。左線溶洞位于左右側(cè)邊墻處段采用C15混凝土回填，回填厚度≥2m，保證中巖柱≥5m；縱向每隔2m設(shè)置一處準(zhǔn)160mm雙壁打孔波紋管與隧道排水系統(tǒng)相連。對(duì)于左線溶洞位于洞頂上段，采用泵送C25鋼筋混凝土澆筑護(hù)拱，厚度≥60cm，要求兩側(cè)嵌入巖石內(nèi)≥50cm，再在其上施工150cm厚的棄渣緩沖層，對(duì)于單側(cè)露空范圍較大地段，為減少偏壓的影響，可考慮增設(shè)偏壓耳墻，完成后施做初期支護(hù)，施工時(shí)需要預(yù)埋準(zhǔn)160mm雙壁打孔波紋管，并以Ω型排水管引出。部分地段基礎(chǔ)及路面下埋深4～6m深度的溶洞，對(duì)其采用C15混凝土回填，如有充填物，必須挖除，并增設(shè)排水管，保持原排水通路順暢。

4.1.3隧道完全置于溶洞空腔內(nèi)控制風(fēng)險(xiǎn)措施首先施工C15混凝土基礎(chǔ)，然后施工鋼筋混凝土護(hù)拱，護(hù)拱厚度為60cm，護(hù)拱內(nèi)采用明洞結(jié)構(gòu)施工。考慮在左線右側(cè)適當(dāng)位置增設(shè)一處檢修橫通道，便于以后對(duì)溶洞處治進(jìn)行檢修。

4.1.4做好施工防排水加強(qiáng)施工防排水工作，尤其是地表和洞內(nèi)，因積水可使圍巖強(qiáng)度降低，從而導(dǎo)致塌方。

4.1.5監(jiān)控量測(cè)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)圍巖和施工工法，重視施工監(jiān)測(cè)，通過整理監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)（主要以位移監(jiān)測(cè)為主），掌握圍巖動(dòng)態(tài)和支護(hù)結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)，根據(jù)量測(cè)結(jié)果動(dòng)態(tài)調(diào)整支護(hù)參數(shù)，有效的預(yù)測(cè)施工風(fēng)險(xiǎn)，避免塌方等，從而全面指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工[3]。

4.1.6重視施工組織管理科學(xué)合理的施工組織管理是有效防止隧道施工塌方的重要因素，因此，在隧道施工過程中每道工序必須嚴(yán)格按照相關(guān)施工規(guī)范、具體的設(shè)計(jì)文件、詳細(xì)的施工組織等要求進(jìn)行操作。

4.1.7制定事故應(yīng)急預(yù)案制定塌方事故應(yīng)急預(yù)案，將塌方造成的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失降至最低。

4.2隧道殘留風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果

針對(duì)塌方風(fēng)險(xiǎn)等高度風(fēng)險(xiǎn)（Ⅲ級(jí)）采取相應(yīng)的防護(hù)措施后，綜合黃香灣隧道穿越巖溶段各主要風(fēng)險(xiǎn)事件的殘留風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)降低為中度（Ⅱ級(jí)）、低度（Ⅰ級(jí)）風(fēng)險(xiǎn)，在施工安全目標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)方面屬于可接受范圍，治理方案可行。

5結(jié)語

綜上所述，黃香灣隧道穿越巖溶段通過風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，確認(rèn)施工中塌方初始風(fēng)險(xiǎn)較高。采取一定控制措施后，風(fēng)險(xiǎn)相應(yīng)降低，能夠保證施工及運(yùn)營(yíng)安全。由于巖溶破壞了隧道圍巖的整體性，降低了巖體的整體強(qiáng)度，對(duì)圍巖的完整性及穩(wěn)定影響較大，應(yīng)分析溶洞自身的穩(wěn)定性，采用合理的處治措施，確保隧道施工和運(yùn)營(yíng)。由于巖溶發(fā)育規(guī)律難以準(zhǔn)確掌握、涌水量難以準(zhǔn)確估計(jì)，建議隧道運(yùn)營(yíng)期間繼續(xù)跟蹤實(shí)施后的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)及風(fēng)險(xiǎn)因素變化，確保動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。

【參考文獻(xiàn)】

【1】劉曉蕾.巖溶隧道圍巖穩(wěn)定性及其處治技術(shù)研究[D].重慶：重慶交通大學(xué)，2014.

【2】曹校勇.隧道突涌水致二襯潰口處治方案[J].公路，2013（12）：218-224.

【3】武贊.關(guān)于鐵路隧道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法的探討[J].鐵路工程造價(jià)管理，2007（6）：8-11.

作者：奚魏征 潘屹 單位：中交第一公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司