鄒 超，徐林生

(重慶交通大學土木工程學院，重慶 400074)

淺埋偏壓隧道的圍巖節(jié)理裂隙較發(fā)育，且圍巖巖體松散破碎，圍巖體穩(wěn)定性較差。由于隧道偏壓嚴重，將對隧道襯砌結構及圍巖形成不對稱的壓力，在施工過程中可能會導致冒頂、塌方等安全事故[1]。為了保障隧道施工安全，國內外學者對隧道施工風險評估與控制作了廣泛的研究。早在2003年，國際隧道與地下空間協會就完成了隧道風險管理指南，這對控制隧道施工風險有著指導意義[2]。目前，國內對隧道施工風險評估及控制研究才剛起步不久，程遠等提出了采用層次分析法和專家調查法相結合來對大跨徑淺埋偏壓隧道的施工過程進行風險識別[3]，劉偉通過層次分析法來分析、確定公路隧道風險因素的權重[4]，陳潔金、蘇永華、范玉祥、姚浩等[5-8]就隧道施工風險評估及控制展開了研究并取得了一系列成果。本文采用模糊數學法和層次分析法相結合的方法對隧道施工風險進行評估研究，并用于實際工程隧道的風險評估及控制研究。

1 工程概述

本文主要依托貴州正習高速公路第十八合同段天鵝穴偏壓隧道，天鵝穴隧道位于遵義市習水縣溫水鎮(zhèn)新文村。隧道按左、右線分離式設計。左線隧道里程樁號ZK126+595～ZK126+983，長388 m，屬短隧道；右線隧道里程樁號K126+585～K127+013，長428 m，屬短隧道。隧道左線最大埋深80.24 m(里程ZK126+790)，右線最大埋深 85.16 m(里程 K126+850)。

該隧道屬中低山地貌單元。山坡較緩，植被較發(fā)育。隧址區(qū)高程1 040.50～1 156.7 m，相對高差 116.2 m。根據工程地質調繪、鉆探及工程物探等成果，隧址區(qū)地層結構簡單。地層，上覆為第四系全新統(tǒng)(Q4el+dl)粉質黏土，下伏為三疊系下統(tǒng)夜郎組(T1y)鈣質頁巖，局部分布有強風化灰?guī)r。

2 施工風險評估

2.1 風險源辨識

結合現場勘測數據及其施工單位編制的施工組織設計，將工程施工過程進行工序分解。了解具體的施工工序和步驟,依據現場施工經驗和相關安全規(guī)程，結合現場的情況，明確可能出現的施工風險。天鵝穴隧道可能發(fā)生的風險有：冒頂、洞口失穩(wěn)、滲漏水、巖爆、大變形、塌方和結構損壞等。

風險源識別，通過風險源普查和工序分解確定可能導致事故和傷害的致險因子，并對其進行分析，確定潛在事故類型和致險因子，及時地制定預防措施。風險識別是風險評估中很重要的一個組成部分，要謹慎對待。風險評估小組應由施工、監(jiān)理、設計和業(yè)主各方的相關人員組成，而不是由一兩個人或某一方獨立完成，只有這樣才能得到最貼近工程實際的辨識結果。

2.2 風險分析

在對隧道施工風險充分識別后，還應結合現場實際考察情況和設計圖紙，對潛在風險因子進行分析，判斷其是否為重大風險源，決定是否應對其做詳細評估。在隧道施工中，一般主要從地形、地質和施工因素方面進行分析評估。采用系統(tǒng)安全工程的方法來分析事故的致險因子，以此來確定隧道施工過程出現的不安全因素。

2.3 風險評估

公路隧道施工安全風險評估是一個復雜的系統(tǒng)，影響因子和風險事故并沒有直接對應的關系，評估系統(tǒng)是由多因素、多層次決定的。因而大部分影響施工安全的風險因素難以定量的用數字描述。而模糊數學可以將模糊、不清晰的問題用數學的語言去分析和解決，使定性的問題定量化。模糊評價法簡潔適用且具有系統(tǒng)性，但卻無法明確多因子的權重，而層次分析法卻能很好的確定不同因子的權重。故充分結合模糊評價法和層次分析法優(yōu)點的模糊層次分析法，是一種廣泛應用于施工風險評估的決策方法(圖1)。

圖1 公路隧道施工安全風險評估模型

2.3.1 建立因子集和評價集

2.3.1.1 建立因子集

將對高速公路淺埋偏壓隧道的產生影響的因素建立一個因素集，用U來表示：

U={u1，u2，u3，…，un}

ui=(i=1,2,…n),表示各個影響因子，n表示影響因子的數量。影響因子又具有不同的模糊性狀，在應用模糊層次分析法進行評價時，可通過隸屬函數來處理模糊性。將每個因子的影響程度分為m個等級。建立因子等級集合，

ui={ui1,ui2,ui3,…,uim}(i=1,2,…,n)

2.3.1.2 建立評價集

評價集也就是影響因子發(fā)生的概率的集合，一般采用區(qū)間取值或程序語言作為評價目標，可用五個等級來表示，V={Ⅰ級，Ⅱ級，Ⅲ級，Ⅳ級，Ⅴ級}，對應的是{很不可能，不可能，偶然，可能，極有可能}。

2.3.2 建立單因子等級評價矩陣，確定隸屬度

根據因子集的某一元素指標對事物進行評價，建立因子集和評價集的關系。由U中的不同因素ui與其所對應的V中的評級結果vj，建立它們之間的隸屬關系，即模糊集合R={ri1,ri2,…rim},從而建立起了單因素等級評價矩陣R。

2.3.3 確定風險指標權重值

風險指標權重值是模糊綜合評判法的一個重要依據，反映了各指標的重要程度。通常由層次分析法來確定向量，相對簡便。同時也應滿足歸一化和非負性的條件。

(1)建立多級遞階結構模型(圖2)。

圖2 風險評估流程

(2)構建判斷矩陣。

運用兩兩對比的方法，對影響因子進行對比，判斷其重要性(表1)。

表1 層次分析法的因子判斷賦值

(3)計算相對權重。

①計算判斷矩陣每行所有元素的幾何平均值：

計算得到CI后，可以查隨機一致性指標RI(表2)，若CI/RI<0.1時，則矩陣符合要求，否則應寫出新的判斷矩陣，重新進行判斷。

表2 隨機一致性指標RI

(4)模糊綜合評價。

利用單因子評價等級R及因子權重可得模糊綜合評價指標：

=(b1,b2,…,bn)

(5)評價結果。

在求得評價指標bj(j=1,2,…,m)后，運用最大隸屬度法來確定評價結果。

3 風險控制

3.1 洞口邊坡坍塌失穩(wěn)及塌方控制

在洞口施工前，應先對邊坡、仰坡的穩(wěn)定情況進行檢測，及時清除懸石、危石，并應保持不間斷的檢測。在隧道開挖前，應提前對邊坡進行錨錠支護，開挖時做到“早進洞、晚出洞”，避免出現邊坡坡度過高，減少山體破壞，防止土體流失。

對于掌子面塌方，應對爆破進行控制，優(yōu)化炮孔位置、炸藥用量，爆炸方式等，降低爆破對圍巖穩(wěn)定性的影響。超前支護和初期支護要及時到位，嚴格按照設計施工，加強施工過程中的動態(tài)監(jiān)測。

3.2 隧道突涌水、突泥控制

3.2.1 加強地質預報

在施工期間，根據工程水文、地質檢測資料，加強地表、重點斷層破碎帶的超前地質預報工作，綜合應用地質雷達和紅外勘探等各種地質預測、預報方法，特別是采取有效的突水、突泥預報方法，提高地質預報準確性，在隧道開挖前判斷發(fā)生熔巖及斷層突涌水、突泥的可能性。

3.2.2 超前預加固

在施工期間，根據工程水文、地質檢測資料，加強對地表、重點斷層破碎帶的超前地質預報工作，綜合應用地質雷達和紅外勘探等各種地質預測、預報方法。尤其是要采取有效的突涌水、突泥預報方法，提高地質預報準確性。并在隧道開挖前，判斷發(fā)生熔巖及斷層突涌水、突泥的可能性。

3.2.3 注漿封堵

對于可能會出現突涌水、突泥的地段，采用超前帷幕預注漿進行封堵，確定封堵成功之后再進行施工活動，這樣能夠很大程度的控制風險。

3.3 襯砌結構大變形控制

保證初期施工質量，加強臨時支撐。在施工期間，可通過調整掘進參數，改良土體、注漿、對變形縫進行特殊處理等一系列措施來控制隧道結構變形量。對于運營時期，須從砂層、軟土、注漿材料的配合比及抗液化特性等做更為深入的研究，從而來解決隧道結構變形的問題[9]。

4 結論

為了預防防止隧道在施工過程中出現事故，積極利用現場監(jiān)控和量測數據來分析隧道圍巖穩(wěn)定性，及時調整支護參數，對施工方法動態(tài)調整，保證施工安全。在開挖前，應對隧道洞口進行加固，做到“先加固、后開挖”的原則。合理安排施工進度，嚴格控制洞口段的開挖尺寸和炸藥使用量，確保圍巖穩(wěn)定性在可控范圍內，確保安全。