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王北凹隧道洞口及淺埋段安全風(fēng)險評估及控制措施

文檔作者：王超文檔來源：廣東省公路勘察規(guī)劃設(shè)計院股份有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時間： 2022年11月19日
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2014年第5期 廣東公路交通
GuangDong GongLu JiaoTong 總第134期
文章編號：1671—7619(2014)05—0039—04
王北凹隧道洞口及淺埋段安全風(fēng)險評估
及控制措施
王 超
(廣東省公路勘察規(guī)劃設(shè)計院股份有限公司，廣州510507)
摘要：受山區(qū)地形的限制，山嶺隧道洞口及淺埋段地質(zhì)條件一般較為惡劣，容易造成洞口失穩(wěn)、大變形等風(fēng)險，
對隧道的安全施工形成較大隱患?；谕醣卑妓淼赖牡刭|(zhì)勘察資料、水文地質(zhì)資料及相關(guān)設(shè)計資料，通過專家
調(diào)查法對隧道洞口及淺埋段風(fēng)險源進(jìn)行辨識與排序，對其失穩(wěn)可能發(fā)生的風(fēng)險等級進(jìn)行了分析，并提出了相應(yīng)
的風(fēng)險控制措施。
關(guān)鍵詞：洞口及淺埋段；風(fēng)險分析；風(fēng)險源；安全評估；控制措施
中圖分類號：U458．1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B
O 概述 ．
隧道洞口及淺埋段一般風(fēng)化嚴(yán)重，巖體破
碎，隧道埋深較淺，圍巖壓力大，洞口段是最容易
發(fā)生工程事故的地段，故在初步設(shè)計階段，洞口
及淺埋段應(yīng)作為隧道安全風(fēng)險評估內(nèi)容中重大
風(fēng)險事件進(jìn)行專項評估，對下階段隧道的設(shè)計和
施工提供參考。
本文以江門至羅定高速公路王北凹隧道為
依托，同時結(jié)合該隧道的工程地質(zhì)情況，利用專
家調(diào)查法對其初步設(shè)計階段洞口及淺埋段進(jìn)行
安全風(fēng)險評估，同時提出了相應(yīng)的風(fēng)險控制措施
建議。
l 工程概況
江門至羅定高速公路是廣東省高速公路網(wǎng)
規(guī)劃第四橫線的重要組成部分。第四橫線為福
建漳州(省界)至廣西玉林(省界)，起于福建漳
州，經(jīng)饒平、潮州、揭東、中山、江門、新興、羅定等
地，至廣西岑溪，全長約767km，是我省東西向的
一條重要通道。
王北凹隧道是江羅高速西段上的一座特長
隧道，左線長度3 751 m，右線長度3 713m。隧
址區(qū)位于丘陵及低山區(qū)，隧道最大埋深約
480m，最大相對高差約為503m。隧址區(qū)內(nèi)山脊
線大部分呈南北向，隧道進(jìn)口處地形陡峻，呈陡
坎狀。
根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)調(diào)查和地質(zhì)鉆探成果，隧址區(qū)
地層巖性為寒武系八村群變質(zhì)砂巖及其風(fēng)化層
及泥盆系桂頭組粉砂巖組成。在RK96+927處
(洞口段)發(fā)育小型斷層，巖體節(jié)理發(fā)育不均，巖
體較為破碎，地表露頭風(fēng)化裂隙局部較發(fā)育。在
隧道出口，存在一淺層滑塌，坡體表層主要為坡
殘積粉質(zhì)粘土，坡積層厚約3～6m，夾極少量碎
石顆粒。坡體表面局部存在雨水沖刷導(dǎo)致的淺
層滑塌現(xiàn)象，局部樹木稍有傾斜。
2 王北凹隧道洞口及淺埋段的風(fēng)險分析
2．1 洞口及淺埋段風(fēng)險因素分析
隧道洞口附近風(fēng)險的主要形式有洞口邊仰
坡滑塌、洞內(nèi)塌方、冒頂、初期支護(hù)大變形等。根
據(jù)對王北凹隧道工程地質(zhì)的分析，洞口存有潛在
風(fēng)險的因素主要有以下三點(diǎn)。
2．1．1 洞1：2斷層破碎帶
王北凹隧道共有一條斷層破碎帶及一條不
整合接觸帶，其中斷層破碎帶位于RK96+935～
RK96+973，洞身圍巖主要為強(qiáng)～中風(fēng)化變質(zhì)砂
巖，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎，圍巖承載力低，隧
道開挖過程中易沿著斷層破碎帶強(qiáng)度最低的位
置發(fā)生變形，造成失穩(wěn)破壞，引發(fā)突涌水、大變
形、塌方等不良地質(zhì)災(zāi)害，故在施工過程中應(yīng)引
起足夠的重視。王北凹隧道進(jìn)口斷層破碎帶如
圖1所示。
作者簡介：王超(1983．05一)，男，碩士研究生，工程師，從事橋梁與隧道工程勘察設(shè)計工作，E-mail：balanceO08@163．com。
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2014年第5期 廣東公路交通 總第134期
圖1 進(jìn)口斷層破碎帶縱斷面圖
2．1．2 洞口淺埋、軟弱圍巖段
王北凹左線隧道羅定端LK100+545～LK100
+650段，長105m，埋深2m～30m。圍巖主要為粉
質(zhì)粘土、全風(fēng)化粉砂巖及強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖組成(如圖
2所示)。由于該段落圍巖整體性、穩(wěn)定性差，而且
受雨水浸泡造成其強(qiáng)度降低，易產(chǎn)生沖刷變形破壞。
圖2 出口淺埋、軟巖段縱斷面圖
2．1．3 隧道出口淺層滑塌
根據(jù)工程地質(zhì)調(diào)繪成果，王北凹右線隧道出
口即RK100+600一RK100+750段落存在一淺層
滑塌。地形地貌屬丘陵坡地邊緣，地形較陡，坡腳
處發(fā)育一條沖溝，地面標(biāo)高約121．67～178．72m，
植被發(fā)育，生長松樹及各種灌木、蕨類植物。根據(jù)
鉆孔資料及地質(zhì)調(diào)繪資料，坡體表層主要為坡殘
積粉質(zhì)粘土，坡積層厚約3～6m，夾極少量碎石顆
粒。地表存在明顯的地形差，約2～5m，坡體表面
局部存在雨水沖刷導(dǎo)致的淺層滑塌現(xiàn)象，局部樹木
稍有傾斜。王北凹隧道出口淺層滑塌如圖3所示。
· 40 ·
圖3 隧道出口淺層滑塌平面圖
2．2 隧道風(fēng)險分析的專家調(diào)查法
專家調(diào)查法是一種最常用、最簡單易用的方
法。它的應(yīng)用由兩步組成：首先辨識出某一特定
項目可能遇到的所有風(fēng)險，列出風(fēng)險調(diào)查表；然后
利用專家經(jīng)驗對可能的風(fēng)險因素的重要性進(jìn)行評
價，綜合成整個項目風(fēng)險。本次風(fēng)險評估采用專
家調(diào)查法，具體步驟如下：
確定每個風(fēng)險因素的權(quán)重，以表征其對項目
風(fēng)險的影響程度。確定每個風(fēng)險因素的等級值，
按可能性很大、比較大、中等、不大、較小這五個等
級打分，分別乘以1．0、0．8、0．6、0．4及0．2的系
數(shù)，然后將每項風(fēng)險因素的權(quán)數(shù)與等級值相乘，求
得該項風(fēng)險因素的得分，再求出該項目風(fēng)險因素
的總分。顯然，總分越高者該項目風(fēng)險越大。
2．3 洞口及淺埋段塌方風(fēng)險因素辨識
風(fēng)險因素辨識是風(fēng)險分析的基礎(chǔ)，通過建立
專家調(diào)查表，對王北凹隧道存在的主要風(fēng)險進(jìn)行
調(diào)查。根據(jù)專家調(diào)查結(jié)果，對洞口及淺埋段失穩(wěn)
的風(fēng)險因素進(jìn)行辨識(風(fēng)險因素的排序以調(diào)查結(jié)
果為準(zhǔn))(圖4)。
隔百
圖4 隧道洞口及淺埋段風(fēng)險源辨識
2．4 洞口及淺埋段風(fēng)險評估
2．4．1 分段評估結(jié)果
結(jié)合王北凹隧道的實(shí)際情況，對隧道洞口及
淺埋段風(fēng)險事件進(jìn)行綜合分析，可以得到隧道洞
口及淺埋段初始風(fēng)險等級如表1。
2．4．2 風(fēng)險因素排序
根據(jù)專家調(diào)查法，確定每個風(fēng)險因素的等
級值，按可能性很大、比較大、中等、不大、較小
這五個等級打分，分別為1．0、0．8、0．6、0．4及
0．2的系數(shù)。然后將該風(fēng)險事件的不同專家對
各個風(fēng)險因素的打分作加權(quán)平均統(tǒng)計，根據(jù)統(tǒng)
計結(jié)果按不同風(fēng)險因素的得分從高到低排序。
根據(jù)專家評分值可知，洞口及淺埋段風(fēng)險源重
要性排序結(jié)果為：工程地質(zhì)及水文地質(zhì)>洞口
邊仰坡防護(hù)>隧道支護(hù)方案>施工質(zhì)量>洞口
位置>施工防排水>隧道埋深>施工工法>施
工輔助措施。
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2014年第5期 王超王北凹隧道洞口及淺埋段安全風(fēng)險評估及控制措施 總第134期
表1 洞口及淺埋段初始風(fēng)險等級
起點(diǎn)里程 終點(diǎn)里程— — 塑 墮
概率等級后果等級風(fēng)險等級
3 風(fēng)險控制措施
根據(jù)王北凹隧道洞口及淺埋段的地質(zhì)條件，
結(jié)合對風(fēng)險因素的辨識結(jié)果，對隧道在初步設(shè)計
階段洞口及淺埋段的風(fēng)險控制措施建議如下：
(1)盡量獲取更詳細(xì)的地質(zhì)勘察資料，以便
設(shè)計更合理的支護(hù)參數(shù)；在施工過程中動態(tài)設(shè)
計，及時根據(jù)最新的圍巖情況變更支護(hù)參數(shù)。
(2)施工過程中應(yīng)貫徹“短進(jìn)尺、弱爆破、強(qiáng)
支護(hù)、早封閉”的施工原則，盡快縮短掘進(jìn)過程中
各工序間步距，及時支護(hù)，保證支護(hù)結(jié)構(gòu)具有足
夠的剛度和穩(wěn)定性。
(3)洞口施工中須嚴(yán)格控制仰坡的穩(wěn)定性，
嚴(yán)格控制刷坡，加強(qiáng)對洞口仰坡地表的監(jiān)控量測
工作，如發(fā)現(xiàn)仰坡有不穩(wěn)定現(xiàn)象，應(yīng)及時采取加
強(qiáng)措施保證施工安全，如地表注漿加固、提高防
護(hù)參數(shù)等措施。
(4)加強(qiáng)洞口及淺埋段施工期間防排水工
作，將山嶺地表水截排于坑道之外。
(5)安排合理的施工進(jìn)度，洞口軟弱圍巖段
落盡量采用人工開挖，嚴(yán)格控制開挖進(jìn)尺。若
采用爆破施工，則應(yīng)嚴(yán)格控制裝藥量和爆破速
率。
(6)對于斷層破碎帶，應(yīng)在此處加強(qiáng)地質(zhì)勘
察并進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報。若初步推斷前方富水
時，應(yīng)采用超前鉆孔進(jìn)行核實(shí)，采用全斷面深孔
注漿或后注漿措施保護(hù)地下水資源環(huán)境。
(7)加強(qiáng)施工管理，提高施工隊伍的技術(shù)水
平，同時加強(qiáng)對職工的教育，樹立“安全第一”的
意識。
4 評估結(jié)果
通過對王北凹隧道洞口及淺埋段初始風(fēng)險
等級評定，對安全風(fēng)險等級為“Ⅲ和Ⅳ”的風(fēng)險事
件必須采取有效的措施，使風(fēng)險降低到可以接受
的范圍。對洞口及淺埋段初始風(fēng)險采用相應(yīng)的
工程措施處理以后，進(jìn)行殘余風(fēng)險評估，其殘余
風(fēng)險等級評定見表2。
表2 洞口及淺埋段殘余風(fēng)險等級表
起點(diǎn)里程 終點(diǎn)里程— — 一
概率等級后果等級風(fēng)險等級
5 結(jié)語
(1)結(jié)合王北凹隧道的具體工點(diǎn)情況，通過
專家調(diào)查法的分析方法，對隧道洞口及淺埋段風(fēng)
險源進(jìn)行辨識與排序，為隧道風(fēng)險等級的評定提
供了依據(jù)。
(2)通過對王北凹隧道洞口及淺埋段初始風(fēng)
險等級進(jìn)行統(tǒng)計分析，該段落不存在“Ⅳ”等級風(fēng)
險，最高風(fēng)險等級為“Ⅲ”，所占比例為89．0％。
(3)提出了施工階段洞口及淺埋段失穩(wěn)風(fēng)險
控制措施，從多方面綜合全面預(yù)防洞口及淺埋段
失穩(wěn)的發(fā)生，同時給出了該段落的殘余風(fēng)險等
級。
參考文獻(xiàn)：
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· 41·
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研究[J]．路基工程，2011，(5)：153—155．
[5]羅立娜．上坪隧道重大風(fēng)險事件安全風(fēng)險評估
與控制[J]．廣東公路交通，2011，(4)：49—53．
[6]曾永軍，李明國．石鼓特長大斷面隧道施工通
風(fēng)方案應(yīng)用[J]．廣東公路交通，2012，(1)35—37．
[7]李波，吳從師．溶洞的存在對隧道開挖影響的數(shù)
值分析[J]．廣東公路交通，2011，(2)56—58．
(收稿日期：2014—07—15)
Safety Risk Assessment and Control M easures for Shallow-buried Portal Section of W angbeiao 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，hydrogeologY
and design data of W angbeiao 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頁)
[3]王菲，田山坡，禚一．高墩大跨連續(xù)剛構(gòu)橋的穩(wěn)定
分析[J]．鐵道工程學(xué)報，2012(10)：57—62．
[4]公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范JTG D60—2004[s]．北
京：人民交通出版社，2004．
[5]公路橋梁抗風(fēng)設(shè)計規(guī)范JTG／T D60—01—2004
[S]．北京：人民交通出版社，2004．
[6]項海帆，等．公路橋梁抗風(fēng)設(shè)計指南[M]．北京：
人民交通出版社，1996．
[7]蔣銀萍．剛構(gòu)橋中的高墩計算研究[J]．中國水
運(yùn)，2007(9)：88—89．
(收稿日期：2014—05—13)
Stability Analysis of Long—span Curved Ri gid Structure Bridge with High Piers when
M aximum 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 structure，while there is not serious or
quite small impact on the bridge stability from live load，wind load or temperature；during cantilever construction
stage，significant increasing of transverse displacement 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 ·

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