淺談隧道險(xiǎn)情預(yù)報(bào)的設(shè)計(jì)方法

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一、隧道風(fēng)險(xiǎn)總體評述

隧道為分離式隧道，左幅長1,146m、右幅長1,142m。隧址區(qū)主要為石炭系黃龍組（C2hn）厚層塊狀灰?guī)r，巖溶裂隙發(fā)育，巖溶水發(fā)育?；?guī)r屬軟巖~極軟巖，屬于碳酸鹽巖，遇水易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，巖溶水、裂隙水極易沿著巖溶水系統(tǒng)通道涌入隧道，形成突水涌泥。隧道隧址區(qū)均巖溶裂隙發(fā)育，巖溶水發(fā)育，巖溶、溶蝕裂隙等附近有可能相互連通，成為地下水的聯(lián)絡(luò)通道，而且隧道穿越的主要圍巖為灰?guī)r，灰?guī)r為含水、透水層，是隧道開挖發(fā)生突水的巨大隱患，突水涌泥風(fēng)險(xiǎn)較高。隧道進(jìn)出口段為V級圍巖，巖體破碎，穩(wěn)定性較差，節(jié)理發(fā)育，埋深相對較淺，因此在施工擾動下可能會發(fā)生大變形、滑坡等風(fēng)險(xiǎn)事故。隧道開挖時，圍巖被擾動，巖體發(fā)生塑性大變形，變形過大會誘發(fā)塌方。

二、險(xiǎn)情反饋及監(jiān)測

隧道進(jìn)口端左線上臺階開挖至ZK82+517，中臺階左側(cè)開挖至ZK82+515，中臺階右側(cè)開挖至ZK82+515，仰拱未澆筑，二次襯砌未澆筑；左線進(jìn)口邊、仰坡防護(hù)已完成，洞口段地表截水天溝已施工完畢鑒于該隧道的特殊地形及工程地質(zhì)條件，監(jiān)測單位于07月09日在進(jìn)口端左線洞內(nèi)ZK82+513里程布設(shè)拱頂下沉測點(diǎn)及洞外邊坡測點(diǎn)。截至7月12日，監(jiān)測單位在進(jìn)口端左線洞內(nèi)埋設(shè)的拱頂下沉測點(diǎn)有較大沉降。其中，ZK82+513監(jiān)測斷面沉降變化尤為明顯，該斷面各拱頂下沉監(jiān)測點(diǎn)近幾日的沉降變化超過15.0mm/d，最大單日沉降達(dá)到43.6mm/d，最大累計(jì)沉降已達(dá)到93.7mm。ZK82+513斷面周邊位移監(jiān)測點(diǎn)由于受開挖施工方法影響暫未布設(shè)，所以無周邊位移監(jiān)測成果，其中拱頂下沉監(jiān)測采用無接觸量測技術(shù)。對于臺階法開挖中，水準(zhǔn)抄平量測拱頂下沉，上臺階常無法設(shè)置測站，尤其受空間控制拱腳下沉量測很難用掛尺抄平方法進(jìn)行。這時將采用非接觸三維位移觀測方法即無尺量測技術(shù)。無尺量測技術(shù)是利用高精度全站儀自由設(shè)站、對邊測量、免棱鏡測距應(yīng)用功能，在隧道中可以靈活有效地進(jìn)行隧道的變形量測。該方法設(shè)站靈活、抗施工干擾的能力強(qiáng)，測量速度快，效率高，可將儀器架設(shè)在安全區(qū)進(jìn)行量測，量測人員無須到達(dá)危險(xiǎn)區(qū)，操作安全。同時對于隧道有核心土弧形導(dǎo)坑臺階法開挖或其他障礙物影響收斂計(jì)量測的測點(diǎn)均可采用全站儀測量，本項(xiàng)目用徠卡TCA2003全站儀高精度全站儀（角度精度指標(biāo)0.5″、分辨率0.1″，1mm+1ppm的測距精度，分辨率0.1mm），超過二級觀測的角度，滿足測量精度要求。隧道變形從開始發(fā)生到破壞一般經(jīng)歷五個階段：初期沉降階段（0-1段）、平穩(wěn)發(fā)展階段（1-2段）、過渡階段（2-3段）、加速沉降階段（3-4段）和破壞階段（4以后）。在過渡階段開始時應(yīng)進(jìn)行預(yù)警。除了圍巖位移量之外，圍巖的位移變化速率也可以作為隧道圍巖穩(wěn)定性的判斷標(biāo)準(zhǔn)。圍巖容許位移變化速率目前還沒有明確的統(tǒng)一規(guī)定，一般以現(xiàn)場的具體情況，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選定。隧道位移變化速率標(biāo)準(zhǔn)為：當(dāng)位移變化速率大于1mm/d時，認(rèn)為圍巖處于急劇變化階段，需加強(qiáng)觀測，若位移變化速率長期不下降則需加強(qiáng)支護(hù)；凈空變化速率在0.2~1.0mm/d時，認(rèn)為圍巖處于緩慢變形階段；當(dāng)凈空變化速率小于0.2mm/d時，認(rèn)為圍巖基本穩(wěn)定。根據(jù)建立的隧道5級變形預(yù)警體系，可見隧道變形處于加速增長階段，且變化速率超過1mm/d。

三、險(xiǎn)情成因分析

可判定隧道進(jìn)口左線洞內(nèi)ZK82+511~ZK82+517里程段目前很不穩(wěn)定，經(jīng)初步分析認(rèn)為造成以上里程段變形的原因大致如下：隧道進(jìn)口端地處淺埋地段，圍巖主要為強(qiáng)風(fēng)化泥灰?guī)r、泥巖，灰紅色，主要礦物成分為泥炭質(zhì)，具灰泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，薄－中厚層狀構(gòu)造。節(jié)理裂隙較發(fā)育，原巖風(fēng)化劇烈，巖質(zhì)稍軟，完整性差，多呈碎石狀，自穩(wěn)性極差，成洞條件極差；進(jìn)口段的隧道埋深很淺，且覆蓋層土體自穩(wěn)能力差，開挖中自然拱難以形成；隧址區(qū)地下水較發(fā)育，尤其是洞口段地下水滲漏嚴(yán)重，對基巖的承載力有較大削弱，使得初襯的承載力也不能充分發(fā)揮；07月09日，隧道左線中臺階開挖施工，爆破施工擾動對洞內(nèi)初期支護(hù)的穩(wěn)定性影響較大。

四、結(jié)語

對隧道進(jìn)口端左線洞內(nèi)沉降過大段采取一些臨時加固措施（如加撐臨時橫撐或施做臨時仰拱等），對洞內(nèi)初期支護(hù)進(jìn)行注漿補(bǔ)強(qiáng)，在開挖下臺階時注意鋼架的落腳一定要安放在堅(jiān)硬的巖石上，如無堅(jiān)硬巖石時要利用人造混凝土塊落在實(shí)處，鎖腳錨桿或鋼管必須按施工要求打設(shè)，拱腳超挖1米范圍內(nèi)必須噴射混凝土回填，然后增大落腳面積以減少拱頂下沉；在條件允許的情況下，建議對進(jìn)口端地表再次進(jìn)行深孔灌漿以加固土體；在施工條件允許的情況下，盡快搶施仰拱；為確保施工安全，建議施工中密切關(guān)注初期支護(hù)表面的變化，一旦有險(xiǎn)情出現(xiàn)時，立即疏散現(xiàn)場施工人員；繼續(xù)加強(qiáng)監(jiān)測工作。

作者：周森 單位：貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院股份有限公司