浅谈隧道险情预报的设计方法

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一、隧道风险总体评述

隧道为分离式隧道，左幅长1,146m、右幅长1,142m。隧址区主要为石炭系黄龙组（C2hn）厚层块状灰岩，岩溶裂隙发育，岩溶水发育。灰岩属软岩~极软岩，属于碳酸盐岩，遇水易发生化学反应，岩溶水、裂隙水极易沿着岩溶水系统通道涌入隧道，形成突水涌泥。隧道隧址区均岩溶裂隙发育，岩溶水发育，岩溶、溶蚀裂隙等附近有可能相互连通，成为地下水的联络通道，而且隧道穿越的主要围岩为灰岩，灰岩为含水、透水层，是隧道开挖发生突水的巨大隐患，突水涌泥风险较高。隧道进出口段为V级围岩，岩体破碎，稳定性较差，节理发育，埋深相对较浅，因此在施工扰动下可能会发生大变形、滑坡等风险事故。隧道开挖时，围岩被扰动，岩体发生塑性大变形，变形过大会诱发塌方。

二、险情反馈及监测

隧道进口端左线上台阶开挖至ZK82+517，中台阶左侧开挖至ZK82+515，中台阶右侧开挖至ZK82+515，仰拱未浇筑，二次衬砌未浇筑；左线进口边、仰坡防护已完成，洞口段地表截水天沟已施工完毕鉴于该隧道的特殊地形及工程地质条件，监测单位于07月09日在进口端左线洞内ZK82+513里程布设拱顶下沉测点及洞外边坡测点。截至7月12日，监测单位在进口端左线洞内埋设的拱顶下沉测点有较大沉降。其中，ZK82+513监测断面沉降变化尤为明显，该断面各拱顶下沉监测点近几日的沉降变化超过15.0mm/d，最大单日沉降达到43.6mm/d，最大累计沉降已达到93.7mm。ZK82+513断面周边位移监测点由于受开挖施工方法影响暂未布设，所以无周边位移监测成果，其中拱顶下沉监测采用无接触量测技术。对于台阶法开挖中，水准抄平量测拱顶下沉，上台阶常无法设置测站，尤其受空间控制拱脚下沉量测很难用挂尺抄平方法进行。这时将采用非接触三维位移观测方法即无尺量测技术。无尺量测技术是利用高精度全站仪自由设站、对边测量、免棱镜测距应用功能，在隧道中可以灵活有效地进行隧道的变形量测。该方法设站灵活、抗施工干扰的能力强，测量速度快，效率高，可将仪器架设在安全区进行量测，量测人员无须到达危险区，操作安全。同时对于隧道有核心土弧形导坑台阶法开挖或其他障碍物影响收敛计量测的测点均可采用全站仪测量，本项目用徕卡TCA2003全站仪高精度全站仪（角度精度指标0.5″、分辨率0.1″，1mm+1ppm的测距精度，分辨率0.1mm），超过二级观测的角度，满足测量精度要求。隧道变形从开始发生到破坏一般经历五个阶段：初期沉降阶段（0-1段）、平稳发展阶段（1-2段）、过渡阶段（2-3段）、加速沉降阶段（3-4段）和破坏阶段（4以后）。在过渡阶段开始时应进行预警。除了围岩位移量之外，围岩的位移变化速率也可以作为隧道围岩稳定性的判断标准。围岩容许位移变化速率目前还没有明确的统一规定，一般以现场的具体情况，根据经验选定。隧道位移变化速率标准为：当位移变化速率大于1mm/d时，认为围岩处于急剧变化阶段，需加强观测，若位移变化速率长期不下降则需加强支护；净空变化速率在0.2~1.0mm/d时，认为围岩处于缓慢变形阶段；当净空变化速率小于0.2mm/d时，认为围岩基本稳定。根据建立的隧道5级变形预警体系，可见隧道变形处于加速增长阶段，且变化速率超过1mm/d。

三、险情成因分析

可判定隧道进口左线洞内ZK82+511~ZK82+517里程段目前很不稳定，经初步分析认为造成以上里程段变形的原因大致如下：隧道进口端地处浅埋地段，围岩主要为强风化泥灰岩、泥岩，灰红色，主要矿物成分为泥炭质，具灰泥质结构，薄－中厚层状构造。节理裂隙较发育，原岩风化剧烈，岩质稍软，完整性差，多呈碎石状，自稳性极差，成洞条件极差；进口段的隧道埋深很浅，且覆盖层土体自稳能力差，开挖中自然拱难以形成；隧址区地下水较发育，尤其是洞口段地下水渗漏严重，对基岩的承载力有较大削弱，使得初衬的承载力也不能充分发挥；07月09日，隧道左线中台阶开挖施工，爆破施工扰动对洞内初期支护的稳定性影响较大。

四、结语

对隧道进口端左线洞内沉降过大段采取一些临时加固措施（如加撑临时横撑或施做临时仰拱等），对洞内初期支护进行注浆补强，在开挖下台阶时注意钢架的落脚一定要安放在坚硬的岩石上，如无坚硬岩石时要利用人造混凝土块落在实处，锁脚锚杆或钢管必须按施工要求打设，拱脚超挖1米范围内必须喷射混凝土回填，然后增大落脚面积以减少拱顶下沉；在条件允许的情况下，建议对进口端地表再次进行深孔灌浆以加固土体；在施工条件允许的情况下，尽快抢施仰拱；为确保施工安全，建议施工中密切关注初期支护表面的变化，一旦有险情出现时，立即疏散现场施工人员；继续加强监测工作。

作者：周森 单位：贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司