王春茶

(福建船政交通職業(yè)學(xué)院，福州 350007)

0 引言

南峰隧道位于福州繞城高速公路A15合同段終點(diǎn)處，是A15合同段的主要控制性工程之一，按雙向6車道設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)時(shí)速為100 km/h，左洞1 409 m，右洞1 388 m，隧道合同工期18個(gè)月。

南峰隧道位于鷲峰山山脈，沿線穿越的地貌為低山—?jiǎng)兾g丘陵地貌，地形起伏大，海拔50～400 m，相對(duì)高差約50～250 m，山坡植被發(fā)育，多為雜林，覆蓋層較薄。山坡自然坡度約為20°～55°，天然坡體較穩(wěn)定，溝谷發(fā)育，切割較深，谷底狹窄，呈“V”型。區(qū)域上位于閩東火山斷拗帶東北部與閩東南沿海變質(zhì)巖帶延伸接觸部分，并以其為主導(dǎo)，控制區(qū)內(nèi)是北東向及北西向?yàn)橹鳀|西向次之的構(gòu)造格局，經(jīng)歷多次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)及火山巖漿活動(dòng)造就了路段地層巖性及其構(gòu)造斷裂體系。

南峰隧道周邊為火山巖或侵入巖等較硬巖或堅(jiān)硬巖，巖質(zhì)堅(jiān)硬，有利于工程建設(shè)。其中侵入巖約占全線的43%，火山噴出巖占全線的57%。殘坡積層一般工程地質(zhì)性質(zhì)尚好，可充分采用天然地基。沿線主要分布有可塑狀粉質(zhì)黏土及稍密以上卵石、礫石等，中低壓縮性，力學(xué)性能較好，一般可采用天然地基。

南峰隧道口兩側(cè)為峽谷，場(chǎng)地狹小，場(chǎng)地布置難度較大，圍巖裂隙較多，水系發(fā)育，有1 991.591 m為反坡，施工難度大。且隧道洞碴棄碴場(chǎng)離隧道口約2.5 km，隧道出碴的運(yùn)輸僅有1條沿著河谷的施工便道可用，施工干擾大，運(yùn)輸速度慢。

1 南峰隧道總體風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

南峰隧道為福州繞城高速公路東南段A15合同段的控制性工程，根據(jù)隧道本身的特點(diǎn)(共穿越5個(gè)斷裂層、巖石較破碎等)，根據(jù)相關(guān)規(guī)定需對(duì)南峰隧道施工安全進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。

南峰隧道施工安全總體風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估主要考慮隧道地質(zhì)條件、建設(shè)規(guī)模、氣候與地形條件等風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)，見(jiàn)表1～2。

表1 隧道工程總體風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系

表2 隧道工程施工安全總體風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

1.1 隧道地質(zhì)情況

1)隧道圍巖情況：南峰隧道屬于A15合同段部分，共長(zhǎng)2 797 m，施工分左洞和右洞，其中Ⅴ級(jí)、Ⅵ級(jí)圍巖709 m，小于2 797 m×30%=839.1 m。綜合考慮a=1。

2)瓦斯含量：據(jù)當(dāng)?shù)貐^(qū)域地質(zhì)資料，隧道施工區(qū)域未見(jiàn)有礦體分布，不會(huì)產(chǎn)生瓦斯等有害氣體。綜合考慮b=0。

3)水情況：南峰隧道分布5條斷層和1條巖性接觸帶，隧道施工區(qū)域地下水主要為風(fēng)化基巖孔隙—裂隙水，構(gòu)造裂隙水、地下水較發(fā)育，洞口處地下水在洞頂附近。綜合考慮c=1。

綜合上述因素G=a+b+c=2。

1.2 開(kāi)挖斷面

南峰隧道為大斷面(單洞三車道隧道)，如圖1。綜合考慮A=3。

圖1 南峰隧道斷面示意圖

1.3 隧道長(zhǎng)度

因南峰隧道全長(zhǎng)共2 848.5 m，對(duì)照風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系表可知L=3。

1.4 洞口形式

南峰隧道有A15標(biāo)和A16標(biāo)負(fù)責(zé)施工，A15標(biāo)從進(jìn)口分左右洞單向掘進(jìn)，左右洞洞口形式均采用水平洞。綜合考慮S=1。如圖2～3所示。

1.5 洞口特征

南峰隧道進(jìn)洞口位于兩山谷交匯的坡腳處，坡度大約在25°～30°，斜坡上覆蓋著較薄的殘積土，在其下大部分為遭受過(guò)強(qiáng)風(fēng)化的巖層，巖層強(qiáng)度總體較好。在勘察時(shí)發(fā)現(xiàn)洞口地下水位離洞頂位置很近，不利于洞口施工。隧道右洞靠近右側(cè)，發(fā)現(xiàn)有斷層與隧道相交，不利于圍巖表面穩(wěn)定，應(yīng)及時(shí)支護(hù)，綜合考慮C=2。

綜合前述計(jì)算得：南峰隧道風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)分值R=G+A+L+S+C=2+3+3+1+2=11，查看風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，分值在Ⅱ級(jí)區(qū)間，判定為中度風(fēng)險(xiǎn)。

圖2 南峰隧道左洞進(jìn)口段洞口剖面圖

2 南峰隧道施工時(shí)有可能出現(xiàn)的病害特征

1)南峰隧道若未支護(hù)就進(jìn)行開(kāi)挖，拱部可能因產(chǎn)生較大變形而出現(xiàn)開(kāi)裂。

2)隧道圍巖施工表面應(yīng)及時(shí)采用噴射混凝土支護(hù)，否則圍巖可能會(huì)迅速沿著裂隙產(chǎn)生破裂，施工表面會(huì)有異響，伴隨圍巖表面剝落，開(kāi)挖掌子面輪廓漸漸出現(xiàn)變形等病害，隨后出現(xiàn)較為破碎現(xiàn)象[1]。

3)隨著時(shí)間推移隧道圍巖應(yīng)力可能突然大量釋放，加速隧道的變形，使隧道產(chǎn)生開(kāi)裂，造成危險(xiǎn)。

4)隧道進(jìn)出口附近的偏壓可能不對(duì)稱、不均勻，開(kāi)挖施工時(shí)會(huì)產(chǎn)生變形，出現(xiàn)裂縫。

5)在隧道開(kāi)挖掘進(jìn)過(guò)程中如果遇到巖溶溶腔，很可能出現(xiàn)突水突泥病害[2]。

3 預(yù)防措施

3.1 預(yù)防坍方的對(duì)策

在施工右洞洞口偏壓段時(shí)，預(yù)防坍方的主要對(duì)策：做好地質(zhì)超前預(yù)報(bào)，采取相應(yīng)支護(hù)措施和隧道圍巖變形監(jiān)測(cè)，并及時(shí)進(jìn)行仰拱和二次襯砌施工[3]。若沒(méi)有重視坍方預(yù)防，未隨時(shí)分析數(shù)據(jù)，沒(méi)有研判，沒(méi)有及時(shí)采取有效措施，則容易出現(xiàn)初期支護(hù)混凝土裂紋，格柵鋼架扭曲變形，隧道可能會(huì)發(fā)生局部坍塌，如圖4所示。

圖4 隧道局部坍塌

3.2 預(yù)防隧道突泥突水突石

隧道突水突泥突石病害經(jīng)常發(fā)生在掌子面附近的破碎段，或是在隧道施工時(shí)掌子面附近的巖溶溶腔壓力大，與隧道臨界表面被壓潰[4]。

圖5 隧道突水突泥突石

因南峰隧道洞身有5條發(fā)育的斷層和1個(gè)特大巖溶溶腔，而且有1條斷層涌水量較大。為避免產(chǎn)生病害，應(yīng)做好相關(guān)預(yù)防工作，比如超前地質(zhì)預(yù)報(bào)、探水、鉆孔探測(cè)等，出現(xiàn)狀況后要及時(shí)制訂相應(yīng)的處治措施。

3.2.1 預(yù)防隧道洞身斷層裂隙涌水的對(duì)策

在施工過(guò)程中，采用打孔注漿的封堵方法對(duì)隧道破碎帶頂面的裂隙進(jìn)行加固，注漿時(shí)需延伸至隧道仰拱底部。在隧道開(kāi)挖掘進(jìn)過(guò)程中，應(yīng)先采用超前小導(dǎo)管注漿法加固地層，然后再采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法進(jìn)行開(kāi)挖，遇到大塊巖石就采取微爆法進(jìn)行爆破，循環(huán)進(jìn)尺應(yīng)在0.8 m內(nèi)，并按設(shè)計(jì)加密炮眼，控制好炸藥用量，按科學(xué)有序的方法對(duì)破碎帶進(jìn)行施工。

3.2.2 預(yù)防隧道巖溶溶腔突水突泥突石的對(duì)策

隧道巖溶溶腔突然突水突泥突石地質(zhì)災(zāi)害是隧道為數(shù)不多并且危險(xiǎn)性很大的病害。在施工中，可以采用TSP探測(cè)及根據(jù)設(shè)計(jì)單位提供的地質(zhì)報(bào)告，提前判斷并發(fā)現(xiàn)隧道洞內(nèi)地下水位較高以及較易發(fā)生涌水的路段，在施工過(guò)程中可以采取以下措施預(yù)防洞內(nèi)地下水位較高問(wèn)題：

1)“排”即采取超前鉆孔排水和輔助坑道排水來(lái)降低地下水位；

2)“堵”即采取超前小導(dǎo)管預(yù)注漿加固堵水或超前圍巖預(yù)注漿加固堵水，預(yù)防巖溶溶腔壓潰隧道臨界面；

3)“降”即采用井點(diǎn)降水或深井降水的方法來(lái)降低地下水位。

隧道涌水的主要特點(diǎn)及防治方法：

1)隧道涌水面積大地段。可以在圍堰表面設(shè)置樹(shù)枝狀軟式透水管，對(duì)突水進(jìn)行引排，然后再噴射混凝土。

2)隧道涌水較為集中地段。常用在噴錨前打孔或開(kāi)縫的摩擦錨桿進(jìn)行排水。

3)涌水較為嚴(yán)重地段。目前常用的防治方法是一邊采用引水管排水一邊噴射水泥混凝土。首先在隧道圍巖表面挖引水孔，用引水管連接匯水孔等排水裝置將涌水引入排水溝內(nèi)，然后噴射水泥混凝土。

3.3 南峰隧道因基礎(chǔ)沉降產(chǎn)生變形異常的對(duì)策

南峰隧道左洞基礎(chǔ)的病害較為復(fù)雜且難處理，為了了解注漿前后隧道仰拱位移及初期支護(hù)仰拱軸力的變化情況，使用MIDAS-GTS 軟件建二維模型[5]，在隧道基礎(chǔ)工程布設(shè) 205個(gè)觀測(cè)斷面，每個(gè)觀測(cè)斷面埋設(shè)左側(cè)、中間、右側(cè) 3 個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，每個(gè)觀測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)頻率為 7 d/次，在仰拱澆筑完工后開(kāi)始監(jiān)測(cè)，觀測(cè)最多 73 期，觀測(cè)時(shí)長(zhǎng)最長(zhǎng)512 d。分析不同時(shí)段隧道仰拱位移及初期支護(hù)仰拱軸力的變化情況來(lái)確定防治措施。

在LK2+120～LK4+595 段，施工方按要求提供沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)，隧道仰拱累計(jì)沉降觀測(cè)值為-6.1～7.97 mm，8 d后本段沉降觀測(cè)累計(jì)值為 -6.78～8.44 mm，近 40 d變化范圍為-0.65～1.12 mm。隧道仰拱數(shù)據(jù)未穩(wěn)定，有個(gè)別測(cè)點(diǎn)為隆起，大部分測(cè)點(diǎn)產(chǎn)生下沉。計(jì)算結(jié)果匯總到表3。

由表3可知，隧道Ⅴ級(jí)圍巖仰拱處位移與軸力均大于Ⅵ級(jí)圍巖仰拱處的位移與軸力。在隧道Ⅴ級(jí)圍巖仰拱經(jīng)過(guò)打孔注漿和打設(shè)鉆孔灌注樁后，初期支護(hù)仰拱處軸力仍較大，因此隧道Ⅴ級(jí)圍巖的仰拱加固一般可以在先注漿的基礎(chǔ)上再打設(shè)鉆孔灌注樁；如果隧道Ⅴ級(jí)圍巖在注漿后仰拱隆起尺寸狀態(tài)能保持在安全允許的標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，可以不用再打設(shè)鉆孔樁。

表3 注漿前后仰拱位移與軸力變化

3.3.1 隧道邊坡溜坡坍塌預(yù)防方法

隧道在開(kāi)挖過(guò)程中可能引起邊坡溜坡坍塌、危巖落石，可以采用逐層清理、臺(tái)階法施工、錨網(wǎng)噴支護(hù)3種方法。

1)逐層清理。若隧道邊坡有比較大且可能下滑的巖層，可以采用逐層清理的方法，從上到下一層一層地進(jìn)行清理，同時(shí)進(jìn)行錨噴網(wǎng)支護(hù)。

2)分臺(tái)階刷坡施工。南峰隧道進(jìn)口邊坡高且陡峭，為防止邊坡溜坡坍塌，經(jīng)多方研究討論確定采用分臺(tái)階刷坡方法進(jìn)行防護(hù)，每級(jí)臺(tái)階高度約為2 m。每級(jí)臺(tái)階刷坡完成后應(yīng)注意及時(shí)支護(hù)，避免因?yàn)樗⑵卤砻骈L(zhǎng)時(shí)間暴露在外發(fā)生風(fēng)化或雨水沖刷而引起溜坡坍塌。

3)錨網(wǎng)噴支護(hù)。錨網(wǎng)噴支護(hù)能夠有效地防止邊坡溜坡坍塌。在開(kāi)挖邊坡臺(tái)階的過(guò)程中，應(yīng)盡量做到隧道開(kāi)挖一小段后馬上采取錨網(wǎng)噴支護(hù)[6]。為了確保邊坡不會(huì)因滑動(dòng)面出現(xiàn)而整體滑動(dòng)，錨桿應(yīng)打入邊坡滑動(dòng)面的有效深度。

3.3.2 危巖落石的預(yù)防方法

危巖落石的預(yù)防可以采取主動(dòng)清除、錨網(wǎng)噴防護(hù)、掛安全網(wǎng)防護(hù)3種方法。

1)主動(dòng)清除。對(duì)于南峰隧道進(jìn)出口邊坡上較大且可能會(huì)落下的孤石，可以采取措施將其清除，避免其滾動(dòng)滑落后產(chǎn)生危險(xiǎn)破壞。

2)錨網(wǎng)噴防護(hù)。如果隧道表面危巖落石很多，體積小，占用面積較大，適合采用錨網(wǎng)噴方法進(jìn)行處理。

3)掛安全網(wǎng)防護(hù)。有些危巖落石不方便采用主動(dòng)清除或錨網(wǎng)噴防護(hù)，可在其下方的適當(dāng)位置掛安全網(wǎng)進(jìn)行防護(hù)。

4 結(jié)語(yǔ)

南峰隧道是福州繞城高速公路東南段A15合同段的重難點(diǎn)工程及控制工程，難度系數(shù)大，需要注意的事項(xiàng)較多，最重要的是要做好安全和預(yù)防措施。

南峰隧道采用安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估內(nèi)容：采用創(chuàng)新分析方法，通過(guò)隧道設(shè)計(jì)文件及現(xiàn)場(chǎng)施工情況，依據(jù)隧道的地質(zhì)情況、開(kāi)挖斷面、隧道長(zhǎng)度、洞口形式及特征計(jì)算相應(yīng)分值，計(jì)算得總分值R=11分，分值在Ⅱ級(jí)區(qū)間，為中度風(fēng)險(xiǎn)，為制訂隧道安全施工的預(yù)防措施提供了可行依據(jù)。

保證南峰隧道安全的主要預(yù)防措施及效果：

1)南峰隧道采用地質(zhì)超前預(yù)報(bào)、初期支護(hù)和圍巖變形監(jiān)測(cè)等安全預(yù)防措施，做到及時(shí)分析數(shù)據(jù)、研判，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)采取正確措施，有效地預(yù)防坍塌，未出現(xiàn)混凝土裂紋、格柵鋼架扭曲變形或局部坍塌等病害現(xiàn)象。

2)在隧道巖溶溶腔處采用TSP探測(cè)及設(shè)計(jì)單位提供的地質(zhì)報(bào)告，提前判斷并發(fā)現(xiàn)隧道洞內(nèi)地下水位較高以及較易發(fā)生涌水的路段，在施工過(guò)程中采用“排”“堵”“降”的方法有效降低洞內(nèi)地下水位和防止隧道巖溶溶腔產(chǎn)生突水突泥突石地質(zhì)災(zāi)害。

3)對(duì)南峰隧道左洞使用MIDAS-GTS軟件建二維模型分析不同時(shí)段隧道仰拱位移及初期支護(hù)仰拱軸力的變化情況，找到防治措施，有效地防止基礎(chǔ)沉降產(chǎn)生變形病害現(xiàn)象。

4)對(duì)南峰隧道巖層采用逐層清理、臺(tái)階法施工、錨網(wǎng)噴支護(hù)3種方法，基本上未出現(xiàn)隧道邊坡溜坡坍塌現(xiàn)象。采取主動(dòng)清除、錨網(wǎng)噴防護(hù)、掛安全網(wǎng)防護(hù)3種方法有效地防止危巖落石現(xiàn)象。

在施工過(guò)程中應(yīng)注意對(duì)隧道安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，高效降低隧道安全風(fēng)險(xiǎn)[7]。隧道風(fēng)險(xiǎn)一般不會(huì)完全消除，應(yīng)評(píng)估隧道殘留風(fēng)險(xiǎn)。

根據(jù)評(píng)估南峰隧道施工安全性，并針對(duì)風(fēng)險(xiǎn)采用病害預(yù)防措施后，病害少且處理效果好，為今后隧道施工的安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與預(yù)防措施提供了參考。