隧道洞口仰坡的風險評估與管理方法

謝會申

中國路橋工程有限責任公司

1 引言

隧道洞口段埋深程度較小、風化較為嚴重、巖體呈破碎狀態，不管是在施工還是在日常應用中，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影響下，洞口坡體非常容易發生失穩問題[1]。國內有曾有學者統計，隧道施工中由邊坡失穩導致的意外事故發生概率超過了隧道全部事故的一半以上，為了更好地控制隧道施工風險，本文根據實例做了具體的研究和分析。

2 工程概況

某隧道左、右進口端洞口位于斜坡地段，坡表無植被覆蓋。進口端洞口段覆蓋層厚度處于1m~3m，主要物質為坡洪積角礫含粗砂，平日易發生沖刷類破壞，嚴重情況下甚至會發生水土流失，在這個位置進行施工時，開挖操作十分容易遇到斜坡墜落情況，嚴重的還會導致洞口滑塌。進口端基巖呈裸露狀態，巖體狀態破碎，整體狀況基本穩定，但是進洞段埋深程度較小，穩定性較差，地質條件不佳，施工中容易產生小范圍的坍塌問題。

隧道出口端洞口位于斜坡地段，坡表無植被覆蓋，自然坡度約67°。出口端洞口覆蓋層主要由粉土、碎石、大量砂礫等構成，平日容易發生沖刷類破壞，嚴重的甚至會導致水土流失問題，下伏基巖為花崗巖，風化程度為中度風化，節理裂隙較發育，質地脆，容易發生破碎。出口端下伏強風化花崗巖，節理裂隙發育，埋深程度較小，自穩定性較差，工程地質條件不佳，也容易產生小范圍坍塌。

隧道出口附近位置存在一處泥石流，具體位于隧道上方，因為該位置隧道埋深較大，所以預測泥石流不會對隧道產生過大的影響。

3 影響隧道洞口穩定性的因素分析

3.1 隧道進口

該隧道進口處地形較陡，進口表層無植被覆蓋，主要分布著殘坡積黏性土、塊石，隧道圍巖主要為砂質黏性土和風化狀凝灰熔巖，從整體角度看，呈現出散體結構形式。在距離隧道進口90m的位置存在一處斷裂破碎帶。另外，經過測量發現，隧道地下水位明顯高于洞頂板。據勘查報告顯示，其他位置不存在滑坡、泥石流、崩塌、采空區等不良地質情況。經過分析和總結，影響隧道進口位置穩定性的主要因素有以下三個方面。

（1）洞口段覆蓋層的平均厚度超過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，降雨會加劇地表不均勻沉降問題，使得隧道洞口非常容易出現塌方類問題。

（3）隧道附近斷裂破碎帶的存在容易使隧道圍巖形狀發生改變，實際施工中，稍有不慎就會產生塌方類問題。

總體來說，因為以上因素的影響，隧道進口位置容易出現的風險問題主要有地表不均勻沉降、殘坡積黏性土、塌方以及塊石產生的坍塌等。

3.2 隧道出口

該隧道出口地形坡度較緩，隧道出口表層無植被覆蓋，主要分布粉質黏土，隧道圍巖主要為砂質黏性土和風化狀凝灰熔巖，從整體角度看，呈現出散體結構形式。距離出口端洞口23m的位置存在一條長度為12m的超淺埋區域。經過測量發現，隧道地下水明顯高于洞頂板。經過分析和總結，影響隧道出口端洞口位置穩定性的因素主要有以下三個方面。

（1）因為地下水位較高，如果在雨季施工，和隧道進口端一樣，受降雨因素的影響也容易產生地表不均勻沉降問題，嚴重的甚至會導致隧道洞口塌方問題。

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

（3）隧道出口存在偏壓現象，實際施工中需要設置必要的三級邊坡，控制邊坡的高度最高不能超過20m。

總結來說，受以上因素的影響，隧道出口位置的在施工中容易產生的風險問題主要有：洞口高邊坡塌方、殘坡積黏性土、塊石產生的坍塌以及地表不均勻沉降等。

4 隧道洞口仰坡的風險評估與管理理論

所謂風險，就是事件進行中存在和初衷利益不相符的潛在損失，由這類潛在損失對主體所造成的危害事態就被稱為該事件中的風險。通過分析定義可以發現，風險主要由兩個部分組成，即使險事件發生的可能性以及風險類時間潛在的損失[2]。

風險分析其實就是在特定條件下研究時間可以承擔的風險，主要包含兩個方面：整個事件的失事概率和失事后果。以此為基礎就可以建立隧道設計施工期間洞口仰坡風險評估管理模型，具體如圖1所示。

圖1 隧道施工期間洞口仰坡的風險評估和管理模型

5 該隧道洞口段失穩風險源辨識

不同的風險源會導致不同的風險，相同的風險源也可能導致不同的風險，比如隧道洞口位置地質條件不佳，可能會導致邊仰坡滑塌的問題，也有可能導致滲漏水問題[3]。根據該隧道的實際情況設立了風險事故樹，具體如圖2所示。

圖2 隧道洞口風險事故樹

6 洞口段失穩風險等級評估

本文隧道項目設計施工前，施工團隊全面勘查了隧道的水文、地質、地形和地貌情況，同時結合隧道洞口事故失穩風險概率等級，應用風險矩陣法得出了隧道的洞口段失穩風險等級[4]。經過計算得知，隧道洞口風險概率等級為3級、風險損失等級為2級、整體風險等級為Ⅱ級，再結合施工條件、施工設備和施工環境商討分析得出，隧道整體風險處于可接受范圍之內，為了提高其設計施工的安全性和穩定性，可以采取必要的安全控制措施。

7 洞口仰坡的風險管理

對于隧道洞口仰坡風險管理，針對不可接受的風險，一般需要采取風險減緩方案，經常采取的措施主要有三種：避免風險類措施、控制風險類措施和轉移風險類措施，具體做如下分析。

（1）避免風險類措施。其實就是在正式施工前，對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）控制風險類措施。具體來說，就是對于存在風險的邊坡采取必要的變形監測以及加固措施，同時制定具有針對性的預警預案措施。

（3）轉移風險類措施。轉移風險的過程并不會控制或者消除災害問題，而是將災害潛在的風險轉移到其他部門或者集體，常見的為保險公司。轉移風險的過程中，往往需要施工團隊為施工過程中應用到的設備以及參與施工的人員購買特定范圍內的保險，繼而將風險有效轉移給保險公司，由保險公司承擔。與此同時，減緩風險還可以應用一些更加緩和的方法，比如加強公眾宣傳，引導大眾或者投資者正確認識可容許風險，在日常施工中針對危險位置懸掛警示牌，以此提高工作人員安全意識等[5]。

針對本文所探討的隧道工程，可以采取的風險管理措施有以下五個方面。

（1）在設計施工前，做好全面的、細致的地質勘查工作，從而得到準確的地質參數，在此基礎上設計出科學的支護參數，實際施工中也要時刻關注圍巖情況，并且根據圍巖情況合理調整支護參數。

（2）如果施工必須在雨季開展，需要加大洞口位置的監控測量頻率，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程中，嚴格遵守“先加固、后開挖、小進尺、微振動、弱爆破”的原則，施工過程要做到快進快出，提高工作效率的同時保證施工過程的安全性。

（4）施工前，對洞口段的地質情況進行仔細勘察，如果地質勘查報告較差，為了提高仰坡安全水平，一般需要采取超前管棚支護措施。

（5）該隧道所在位置處于地震高發區，為此必須在洞口位置加強抗震設計，比如可以采取控制洞口邊仰坡陡度和高度、調整洞口形式、增大洞口縱向配筋直徑等措施，進而降低洞口段失穩風險事件發生的可能性。

8 結束語

總而言之，隧道工程較其他工程施工過程更加復雜，施工過程中可能遇到的不確定性因素更多，可以說隧道施工過程所面臨的風險問題較其他工程更為突出，而洞口位置失穩問題的發生概率明顯更高。為此，施工團隊在施工前必須做好全面、細致的地質勘查工作，然后評估隧道洞口的穩定性，明確隧道洞口位置容易發生的風險問題，針對不同的問題采取有針對性的風險管控方法，提高隧道設計和施工的安全水平。