王樹(shù)杰，楊新安，李得昌

(同濟(jì)大學(xué) 城市軌道與鐵道工程系，上海 200092)

隧道施工風(fēng)險(xiǎn)大，國(guó)外早在20世紀(jì)90年代中期就已給出了實(shí)用的風(fēng)險(xiǎn)分析技術(shù)，并將其應(yīng)用于公路隧道[1]。根據(jù)我國(guó)鐵道部2007年發(fā)布的《鐵路隧道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與管理暫行規(guī)定》[2](以下簡(jiǎn)稱(chēng)暫規(guī))，所有隧道在施工階段都需進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，特別是風(fēng)險(xiǎn)因素較多的高難度施工隧道。本文在設(shè)計(jì)階段施工組織設(shè)計(jì)、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和以往工程實(shí)例[3-5]的基礎(chǔ)上，結(jié)合暫規(guī)對(duì)寧安鐵路鐘鳴二號(hào)隧道施工進(jìn)行了風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。

1 工程概況

鐘鳴二號(hào)隧道是新建寧安城際鐵路池州至安慶段的一條施工難度較高的隧道。隧道位于安徽省銅陵縣鐘鳴鎮(zhèn)境內(nèi)，起訖里程為DK140+830—DK141+628，全長(zhǎng)798 m。隧道穿越地層地質(zhì)條件差，隧道全長(zhǎng)屬淺埋、Ⅴ級(jí)圍巖，局部屬超淺埋;地下水主要為基巖裂隙水，不發(fā)育，降雨后滲水嚴(yán)重;圍巖遇水易軟化變形，施工難度大。同時(shí)，隧道為寧安鐵路鋪架工程的主要運(yùn)梁通道，工期緊，控制指標(biāo)高。

鐘鳴二號(hào)隧道進(jìn)、出口端各有75 m、63 m采用明挖法施工;隧道采用新奧法施工原理進(jìn)行開(kāi)挖，進(jìn)、出口段采用中隔壁法(CD法)施工，洞身圍巖較穩(wěn)定段改為三臺(tái)階臨時(shí)仰拱法。

2 隧道施工主要風(fēng)險(xiǎn)因素分析

2.1 地質(zhì)條件風(fēng)險(xiǎn)

1)土質(zhì)松散。隧道洞身及上覆地層軟弱，裂隙多，屬Ⅴ級(jí)圍巖。由于隧道洞身位于地下水水位以下，在施工過(guò)程中，受地下水的影響，粉質(zhì)黏土和全風(fēng)化層易變形，向洞室臨空面擠出;粗圓礫土(夾漂石)組成的圍巖很不穩(wěn)定，頂部掉塊嚴(yán)重，部分頂部掉塊后超挖30～40 cm。雨天地下水豐富，圍巖土體易滲漏，容易造成圍巖內(nèi)細(xì)顆粒的大量流失，極易發(fā)生塌方，引起洞壁失穩(wěn)和地表沉陷。

隧道明挖段屬高邊坡施工，最高達(dá)18 m。邊坡揭露多為粉質(zhì)黏土，土質(zhì)松軟，遇水易軟化滑塌。施工中已采用錨噴網(wǎng)加固，但由于錨桿長(zhǎng)度偏小，防護(hù)效果不好，曾發(fā)生仰坡滑動(dòng)導(dǎo)致導(dǎo)向墻倒塌事故。兩側(cè)邊坡及仰坡多次出現(xiàn)裂縫，采用一些措施后，使得裂縫影響減小。但裂縫仍在發(fā)展，如防護(hù)不當(dāng)，遇雨天極有可能引起山體開(kāi)裂變形，甚至再次坍塌。

2)淺埋。隧道的覆蓋層厚度僅0～22 m，屬于超淺埋或淺埋開(kāi)挖。圍巖內(nèi)無(wú)有效的承拱作用，易造成拱頂塌方;隧道變形不易控制，容易造成山體開(kāi)裂變形[6]。隧道一旦坍塌，很可能發(fā)生冒頂事故。同時(shí)，雨天地表水通過(guò)基巖裂隙大量滲入，降低圍巖強(qiáng)度，增加開(kāi)挖難度，極易造成圍巖失穩(wěn)。

3)偏壓。隧道進(jìn)、出口段屬洞口淺埋、偏壓地段。出口端偏壓嚴(yán)重，右側(cè)最小埋深5 m。偏壓地段由于圍巖受力不對(duì)稱(chēng)，隧道成拱效果不好，穩(wěn)定性差。開(kāi)挖后與初期支護(hù)完成前，在周邊圍巖側(cè)向壓力的情況下，覆蓋層薄的一側(cè)洞身易出現(xiàn)坍塌，形成“神仙洞”[7-8]。

2.2 環(huán)境條件風(fēng)險(xiǎn)

1)沖溝。在隧道右側(cè)存在一條沖溝，在里程DK140+980—DK141+5處與隧道斜交，過(guò)隧道中線，根據(jù)地形走勢(shì)DK140+990—DK141+10段為隧道埋深的最淺處。其附近村民為種樹(shù)挖掘了一處水坑，水坑底部距隧道頂部?jī)H3.5 m，并且地層松散夾有漂石。降雨后雨水匯聚于此，對(duì)隧道施工影響非常大，很有可能發(fā)生坍塌冒頂事故。

2)下穿公路。隧道在里程 DK141+110—DK141+120處下穿一條公路，埋深21 m。因附近建立了一處料場(chǎng)，重載車(chē)輛大量通過(guò)，其動(dòng)荷載對(duì)隧道施工影響巨大，極易引起圍巖變形和隧道塌方。

3 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

3.1 風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)體系

根據(jù)對(duì)隧道主要的地質(zhì)條件和環(huán)境條件風(fēng)險(xiǎn)因素分析，總結(jié)得出鐘鳴二號(hào)隧道施工主要風(fēng)險(xiǎn)事件有塌方、山體開(kāi)裂變形和邊坡坍塌。目標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)為安全風(fēng)險(xiǎn)、工期風(fēng)險(xiǎn)和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。結(jié)合以往工程實(shí)例，建立鐘鳴二號(hào)隧道施工風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)體系，見(jiàn)表1。

3.2 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

鐵路隧道風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)包括事故發(fā)生概率的等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)、事故發(fā)生后果的等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)和風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為低度和中度時(shí)，風(fēng)險(xiǎn)為可接受和可忽略范圍;當(dāng)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為高度和極高時(shí)，必須針對(duì)風(fēng)險(xiǎn)采取措施，將風(fēng)險(xiǎn)降低到可接受或可忽略范圍。風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)具體內(nèi)容詳見(jiàn)暫規(guī)[1]。

表1 鐘鳴二號(hào)隧道施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系

3.3 隧道初始風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)估

根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)及接受標(biāo)準(zhǔn)，采用專(zhuān)家打分法對(duì)初始風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)進(jìn)行評(píng)估，基于保守考慮，取安全風(fēng)險(xiǎn)、工期風(fēng)險(xiǎn)和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)中概率等級(jí)和后果等級(jí)的最大值，再利用“R=P×C”(R表示風(fēng)險(xiǎn)，P表示風(fēng)險(xiǎn)因素發(fā)生的概率，C表示風(fēng)險(xiǎn)因素發(fā)生時(shí)可能產(chǎn)生的后果)法求出隧道綜合風(fēng)險(xiǎn)權(quán)重，最終得到隧道各段施工風(fēng)險(xiǎn)事件的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，評(píng)估結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 鐘鳴二號(hào)隧道初始風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)表

4 主要風(fēng)險(xiǎn)控制措施

按照評(píng)估結(jié)果，本隧道各段施工風(fēng)險(xiǎn)事件雖風(fēng)險(xiǎn)綜合權(quán)重不同，但全屬高度等級(jí)風(fēng)險(xiǎn)，屬不可接受范圍，需采取針對(duì)性措施將風(fēng)險(xiǎn)降低至可接受或可忽略范圍。限于篇幅，本文僅對(duì)隧道施工中的典型風(fēng)險(xiǎn)控制措施進(jìn)行闡述。

1)邊坡坍塌風(fēng)險(xiǎn)控制措施

施工應(yīng)改用長(zhǎng)錨索噴網(wǎng)防護(hù)，加深錨桿打入深度，利用穩(wěn)定土體的牽拉作用使高邊坡穩(wěn)定;在高邊坡上部采用地表注漿對(duì)土體進(jìn)行加固;對(duì)邊坡上部卸載。

2)塌方風(fēng)險(xiǎn)控制措施

在洞口段及圍巖較差段，開(kāi)挖施工嚴(yán)格按照中隔壁法(CD法)施工;若圍巖比較穩(wěn)定，可將施工方法更換為三臺(tái)階臨時(shí)仰拱法，以加快施工進(jìn)度。盡量縮短開(kāi)挖進(jìn)尺，仰拱及時(shí)閉合，二襯緊跟，控制預(yù)留變形量，同時(shí)加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)。洞口采用長(zhǎng)管棚預(yù)支護(hù)，其他段采用雙層小導(dǎo)管注漿加固。

3)山體開(kāi)裂變形風(fēng)險(xiǎn)控制措施

對(duì)明挖段頂面卸載，坡面采用長(zhǎng)錨索噴網(wǎng)防護(hù);暗挖段采用地表注漿加固，洞頂用鋼管打入加固。

4)沖溝段風(fēng)險(xiǎn)控制措施

沖溝段更改開(kāi)挖方式，采用明挖法施工，邊坡高度控制在18 m以?xún)?nèi);在明挖處向前增加一個(gè)進(jìn)口，以提高施工進(jìn)度，保證工期要求。同時(shí)采取防止邊坡坍塌風(fēng)險(xiǎn)控制措施。

5)下穿公路段風(fēng)險(xiǎn)控制措施

施工至公路處，先將公路改道，待隧道二襯施工完成后，再移回原處。同時(shí)采取防止塌方、山體開(kāi)裂變形風(fēng)險(xiǎn)控制措施。

5 殘余風(fēng)險(xiǎn)

針對(duì)初始風(fēng)險(xiǎn)采取以上多項(xiàng)施工技術(shù)措施后，施工風(fēng)險(xiǎn)會(huì)相應(yīng)降低，但不可能完全消除，結(jié)合初始風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果和制訂的對(duì)策措施，對(duì)鐘鳴二號(hào)隧道施工殘余風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估，評(píng)估結(jié)果顯示風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)都已降至中度或低度，為可以接受風(fēng)險(xiǎn)。

6 結(jié)論

1)鐘鳴二號(hào)隧道是典型的淺埋高風(fēng)險(xiǎn)隧道，又與沖溝斜交，下穿公路，施工風(fēng)險(xiǎn)高。通過(guò)對(duì)地質(zhì)條件和環(huán)境條件風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行分析，確認(rèn)施工存在塌方、邊坡坍塌、山體開(kāi)裂變形的安全風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)存在工期風(fēng)險(xiǎn)和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。

2)根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)及接受標(biāo)準(zhǔn)，采用專(zhuān)家打分法對(duì)初始風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)進(jìn)行評(píng)估，再利用“R=P×C”法求出隧道綜合風(fēng)險(xiǎn)權(quán)重，得到鐘鳴二號(hào)隧道各段各風(fēng)險(xiǎn)事件的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。

3)針對(duì)初始風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)隧道主要風(fēng)險(xiǎn)提出多項(xiàng)技術(shù)、管理措施。殘余風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)降至中度或低度，措施有效地降低了隧道施工風(fēng)險(xiǎn)。

4)隧道施工風(fēng)險(xiǎn)大，風(fēng)險(xiǎn)管理應(yīng)貫穿于工程實(shí)施的整個(gè)過(guò)程，施工時(shí)應(yīng)跟蹤措施實(shí)施后的風(fēng)險(xiǎn)因素及風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)變化，實(shí)施動(dòng)態(tài)化的風(fēng)險(xiǎn)管理。

[1]STURK R，OLSSON L，JOHANSSON J.Risk and decision analysis for large underground projects，as applied to the Stockholm ring road Tunnels[J].Tunnelling and Underground Space Technology，1996，11(2):157-164.

[2]中華人民共和國(guó)鐵道部.鐵建設(shè)[2007]200號(hào) 鐵路隧道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估暫行規(guī)定[S].北京:人民鐵道出版社，2007.

[3]熊華倫.論淺埋、偏壓及軟弱圍巖隧道施工技術(shù)[J].西部探礦工程，2005(11):138-139.

[4]陳韶光.青山崗隧道施工塌方的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[J].公路工程，2008，33(5):91-92.

[5]夏曾銀.淺埋偏壓軟巖隧道施工技術(shù)[J].西部探礦工程，2006(1):164-166.

[6]李鋒.翔安隧道強(qiáng)風(fēng)化層施工的風(fēng)險(xiǎn)管理[D].上海:同濟(jì)大學(xué)，2007.

[7]王海明.吉青嶺隧道淺埋偏壓進(jìn)口段施工風(fēng)險(xiǎn)分析及綜合防治措施[J].探礦工程，2010，37(1):79-81.

[8]楊忠，蔣忠全，李兵，等.金牛山隧道下穿京福高速公路施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估分析[J].鐵道建筑，2011(10):44-46.