隧道洞口仰坡的风险评估与管理方法

谢会申

中国路桥工程有限责任公司

1 引言

隧道洞口段埋深程度较小、风化较为严重、岩体呈破碎状态，不管是在施工还是在日常应用中，都很容易受到大气、降水等因素的影响，尤其是在隧道施工的扰动影响下，洞口坡体非常容易发生失稳问题[1]。国内有曾有学者统计，隧道施工中由边坡失稳导致的意外事故发生概率超过了隧道全部事故的一半以上，为了更好地控制隧道施工风险，本文根据实例做了具体的研究和分析。

2 工程概况

某隧道左、右进口端洞口位于斜坡地段，坡表无植被覆盖。进口端洞口段覆盖层厚度处于1m~3m，主要物质为坡洪积角砾含粗砂，平日易发生冲刷类破坏，严重情况下甚至会发生水土流失，在这个位置进行施工时，开挖操作十分容易遇到斜坡坠落情况，严重的还会导致洞口滑塌。进口端基岩呈裸露状态，岩体状态破碎，整体状况基本稳定，但是进洞段埋深程度较小，稳定性较差，地质条件不佳，施工中容易产生小范围的坍塌问题。

隧道出口端洞口位于斜坡地段，坡表无植被覆盖，自然坡度约67°。出口端洞口覆盖层主要由粉土、碎石、大量砂砾等构成，平日容易发生冲刷类破坏，严重的甚至会导致水土流失问题，下伏基岩为花岗岩，风化程度为中度风化，节理裂隙较发育，质地脆，容易发生破碎。出口端下伏强风化花岗岩，节理裂隙发育，埋深程度较小，自稳定性较差，工程地质条件不佳，也容易产生小范围坍塌。

隧道出口附近位置存在一处泥石流，具体位于隧道上方，因为该位置隧道埋深较大，所以预测泥石流不会对隧道产生过大的影响。

3 影响隧道洞口稳定性的因素分析

3.1 隧道进口

该隧道进口处地形较陡，进口表层无植被覆盖，主要分布着残坡积黏性土、块石，隧道围岩主要为砂质黏性土和风化状凝灰熔岩，从整体角度看，呈现出散体结构形式。在距离隧道进口90m的位置存在一处断裂破碎带。另外，经过测量发现，隧道地下水位明显高于洞顶板。据勘查报告显示，其他位置不存在滑坡、泥石流、崩塌、采空区等不良地质情况。经过分析和总结，影响隧道进口位置稳定性的主要因素有以下三个方面。

（1）洞口段覆盖层的平均厚度超过10m，存在不均匀地表沉降或者滑塌的可能。

（2）隧道地下水文较高，如果施工在雨季开展，降雨会加剧地表不均匀沉降问题，使得隧道洞口非常容易出现塌方类问题。

（3）隧道附近断裂破碎带的存在容易使隧道围岩形状发生改变，实际施工中，稍有不慎就会产生塌方类问题。

总体来说，因为以上因素的影响，隧道进口位置容易出现的风险问题主要有地表不均匀沉降、残坡积黏性土、塌方以及块石产生的坍塌等。

3.2 隧道出口

该隧道出口地形坡度较缓，隧道出口表层无植被覆盖，主要分布粉质黏土，隧道围岩主要为砂质黏性土和风化状凝灰熔岩，从整体角度看，呈现出散体结构形式。距离出口端洞口23m的位置存在一条长度为12m的超浅埋区域。经过测量发现，隧道地下水明显高于洞顶板。经过分析和总结，影响隧道出口端洞口位置稳定性的因素主要有以下三个方面。

（1）因为地下水位较高，如果在雨季施工，和隧道进口端一样，受降雨因素的影响也容易产生地表不均匀沉降问题，严重的甚至会导致隧道洞口塌方问题。

（2）距离出口端洞口23m的位置存在超浅埋区域，最小厚度仅为5m。再加上围岩为全风化凝灰熔岩、碎块状强风化凝灰熔岩，隧道施工过程中产生塌方或者冒顶现象的可能性非常大，特别是在雨季施工时这类问题往往更加明显。

（3）隧道出口存在偏压现象，实际施工中需要设置必要的三级边坡，控制边坡的高度最高不能超过20m。

总结来说，受以上因素的影响，隧道出口位置的在施工中容易产生的风险问题主要有：洞口高边坡塌方、残坡积黏性土、块石产生的坍塌以及地表不均匀沉降等。

4 隧道洞口仰坡的风险评估与管理理论

所谓风险，就是事件进行中存在和初衷利益不相符的潜在损失，由这类潜在损失对主体所造成的危害事态就被称为该事件中的风险。通过分析定义可以发现，风险主要由两个部分组成，即使险事件发生的可能性以及风险类时间潜在的损失[2]。

风险分析其实就是在特定条件下研究时间可以承担的风险，主要包含两个方面：整个事件的失事概率和失事后果。以此为基础就可以建立隧道设计施工期间洞口仰坡风险评估管理模型，具体如图1所示。

图1 隧道施工期间洞口仰坡的风险评估和管理模型

5 该隧道洞口段失稳风险源辨识

不同的风险源会导致不同的风险，相同的风险源也可能导致不同的风险，比如隧道洞口位置地质条件不佳，可能会导致边仰坡滑塌的问题，也有可能导致渗漏水问题[3]。根据该隧道的实际情况设立了风险事故树，具体如图2所示。

图2 隧道洞口风险事故树

6 洞口段失稳风险等级评估

本文隧道项目设计施工前，施工团队全面勘查了隧道的水文、地质、地形和地貌情况，同时结合隧道洞口事故失稳风险概率等级，应用风险矩阵法得出了隧道的洞口段失稳风险等级[4]。经过计算得知，隧道洞口风险概率等级为3级、风险损失等级为2级、整体风险等级为Ⅱ级，再结合施工条件、施工设备和施工环境商讨分析得出，隧道整体风险处于可接受范围之内，为了提高其设计施工的安全性和稳定性，可以采取必要的安全控制措施。

7 洞口仰坡的风险管理

对于隧道洞口仰坡风险管理，针对不可接受的风险，一般需要采取风险减缓方案，经常采取的措施主要有三种：避免风险类措施、控制风险类措施和转移风险类措施，具体做如下分析。

（1）避免风险类措施。其实就是在正式施工前，对洞口仰坡采取必要的综合治理措施，比如在明洞入口上方修建挡土墙等。

（2）控制风险类措施。具体来说，就是对于存在风险的边坡采取必要的变形监测以及加固措施，同时制定具有针对性的预警预案措施。

（3）转移风险类措施。转移风险的过程并不会控制或者消除灾害问题，而是将灾害潜在的风险转移到其他部门或者集体，常见的为保险公司。转移风险的过程中，往往需要施工团队为施工过程中应用到的设备以及参与施工的人员购买特定范围内的保险，继而将风险有效转移给保险公司，由保险公司承担。与此同时，减缓风险还可以应用一些更加缓和的方法，比如加强公众宣传，引导大众或者投资者正确认识可容许风险，在日常施工中针对危险位置悬挂警示牌，以此提高工作人员安全意识等[5]。

针对本文所探讨的隧道工程，可以采取的风险管理措施有以下五个方面。

（1）在设计施工前，做好全面的、细致的地质勘查工作，从而得到准确的地质参数，在此基础上设计出科学的支护参数，实际施工中也要时刻关注围岩情况，并且根据围岩情况合理调整支护参数。

（2）如果施工必须在雨季开展，需要加大洞口位置的监控测量频率，提高洞口施工安全水平，保证施工安全。

（3）隧道洞口位置施工过程中，严格遵守“先加固、后开挖、小进尺、微振动、弱爆破”的原则，施工过程要做到快进快出，提高工作效率的同时保证施工过程的安全性。

（4）施工前，对洞口段的地质情况进行仔细勘察，如果地质勘查报告较差，为了提高仰坡安全水平，一般需要采取超前管棚支护措施。

（5）该隧道所在位置处于地震高发区，为此必须在洞口位置加强抗震设计，比如可以采取控制洞口边仰坡陡度和高度、调整洞口形式、增大洞口纵向配筋直径等措施，进而降低洞口段失稳风险事件发生的可能性。

8 结束语

总而言之，隧道工程较其他工程施工过程更加复杂，施工过程中可能遇到的不确定性因素更多，可以说隧道施工过程所面临的风险问题较其他工程更为突出，而洞口位置失稳问题的发生概率明显更高。为此，施工团队在施工前必须做好全面、细致的地质勘查工作，然后评估隧道洞口的稳定性，明确隧道洞口位置容易发生的风险问题，针对不同的问题采取有针对性的风险管控方法，提高隧道设计和施工的安全水平。