4.3.2.1 大变形风险评估
高楼山隧道地处南秦岭地槽褶皱带（北部）与杨子准台地（南部）两大构造单元的过渡带，隧址区属昆仑—秦岭大区，西秦岭强烈断隆分区。两者界线大致为尚德—口头坝—洛塘—峡里—小郭家坝一线，由文县复向斜、白龙江复背斜组成的南秦岭褶皱带。在历次构造运动作用下，地质构造复杂，由一系列褶皱和断裂组成。主干断裂有石坊—范家坝—尖山—临江断裂，高峰坝—凡昌—明镜寺断裂。
隧道进口受石坊—范家坝—尖山—临江断裂控制，该断裂为1879年武都8级地震的发震断裂，夹角约为45°左右。该断裂对隧道稳定影响较大，与路线夹角约为45°左右。该断层沿泥盆系与下古生界—碧口群之间发育，破碎带全长30 km，总体走向近东西至北东向，倾角较陡，为60°～80°，主体断面北倾。该断裂具有强烈的全新世断层活动性地貌特征。
隧道出口受高峰坝—凡昌—明镜寺断层控制，为华力西期断层，在凡昌至明镜寺范围内倾向200°，倾角40°～50°。
若隧道洞身处于软弱围岩段，在隧道掘进开挖后，支护结构由于受过高的围岩压力作用，时有发生大变形的现象，从而引起侵限、破坏支护或围岩严重坍塌等病害，给施工带来巨大的困难。使隧道发生大变形的原因有很多，其主要原因有：一是破碎带松弛变形；二是施工中开挖扰动过大，围岩的力学指标下降，周边出现塑性破坏区而产生的变形；三是膨胀围岩（如石膏）在水的作用下体积增大而产生的变形；四是山体压力较大，而隧道本身支护强度不够所产生的变形。
高楼山隧道K45+165～K46+630隧道洞身段，洞顶埋深125～720 m，通过地层岩性以片岩为主，主要组成矿物为石英、绿泥石、云母等，含石英条带及炭质板岩，岩性坚硬，岩体较破碎，灰绿色，岩体坚硬，较破碎；K45+455～K45+585及K46+450～K46+520段通过石坊—尖山—临江断裂区域，地表形态清晰，主要由碎裂岩块、断层泥及黑褐色炭质页岩组成，岩体破碎，成洞条件差，隧道开挖时会有拱顶的小型掉块以及产生大变形问题。
结合高楼山隧道的实际情况，对隧道大变形风险事件进行综合分析，可以得到全线的隧道大变形风险概率等级，如表4-9所示：
表4-9 大变形初始风险概率等级表
从上表可见，高楼山隧道大变形整体风险概率等级为Ⅲ级，高风险，风险水平有条件接受。必须实施削减风险的应对措施，并需要准备应对计划。有必要对大变形提出相应的风险控制措施。
4.3.2.2 风险控制措施
1.隧道穿越断层破碎带
针对洞身段穿越断层破碎带的特点，对可能发生大变形的段落，除了常规的加强结构形式，设计中还采取了以下措施：
（1）结构设计按照“先柔后刚，以柔克刚”的原则，结合本项隧道围岩变形的特点将变形分为两级，当Ⅰ级变形（变形量较小）时，初期支护采用侧向刚度大、抗弯能力强的H型钢拱架；当Ⅱ级变形（变形量较大）时，初期支护采用双层结构，在限制围岩变形的同时，允许围岩适当地释放部分变形，以充分发挥围岩的自承能力。
（2）结合国内相关的建设经验，长锚杆是主动控制围岩变形的重要手段，设计中根据围岩的变形分级设置了长度为5～6 m的自进式中空注浆锚杆。
（3）施工方面考虑减少围岩的扰动，控制围岩的变形，采用单侧壁导坑法施工，短台阶开挖，及时施作仰拱，减缓围岩的变形速率，使初期支护结构能够及早封闭成环，控制围岩的变形。
2.隧道穿越软弱围岩段
高楼山隧道断裂带及高地应力区段存在隐含大变形，围岩大变形区别于一般岩体失稳，如岩爆、坍塌等围岩局部破坏的显著特征是持续不断的变形和具有明显的时间效应特征，并给施工处理造成了较大难度。围岩大变形是围岩体的塑性变形，并具有累进性扩展和明显的时间效应。隧道围岩大变形可以定义为：围岩的一种具有累进性和明显时间效应的塑性变形破坏，它既区别于岩爆运动脆性破坏，又区别于围岩松动圈中受限于一定结构面控制的坍塌、滑动等破坏。
（1）注重施工工法设计(www.xing528.com)
①调整光面控制爆破的各项参数实现弱爆破。
②采用短台阶法施工，台阶长度控制在5～15 m，尽量减少上台阶断面高度。
③加强支护结构设计。
④采用能立即发挥承载作用的型钢拱架，钢架用Ø22 mm钢筋连接，使之成为整体；设Ø42 mm超前小导管超前支护；设D25中空注浆锚杆，挂设Ø8 mm钢筋网。
（2）封闭措施
①洞身开挖后，立即喷厚度不小于5 cm厚的C25混凝土，封闭裸露岩体。
②在钢拱架拱部、拱脚等部位变形速率加快、支护结构变形加大时，及时设置工字钢制作的对口撑，施以内压约束围岩变形。
③仰拱浇注紧跟下台阶落底开挖，下台阶落底开挖3～5 m后，及时浇注仰拱混凝土。在地质构造作用强烈的地段，仰拱中设置钢拱架增强支护体系底部刚度控制变形。
④衬砌施工采用整体式衬砌台车，二次衬砌及时跟进施工。
（3）局部加强
①钢拱架拱脚处的锁脚采用注浆小导管。
②钢拱架拱脚处挂外模浇注混凝土，起到支垫梁作用并加固围岩。
③尽量减少钢拱架连接接头，提高结构定性。
4.3.2.4 残余风险等级评定
通过对高楼山隧道初始风险等级评定，对安全风险等级为“Ⅲ”的风险事件必须采取有效的措施，使风险降低到可以接受的范围。对初始风险采用相应的工程措施处理以后，进行残余风险评估，其残余风险等级评定如表4-10所示：
表4-10 大变形残余风险概率等级表
从上表可见，高楼山隧道大变形残余风险概率等级最高为Ⅱ级，中风险，风险水平有条件接受。
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