孫晉鋒

(中鐵十七局集團(tuán)第四工程有限公司，重慶 400000)

0 引言

山西中南部鐵路通道設(shè)計(jì)速度120 km/h，設(shè)計(jì)軸重30 t，為路內(nèi)首條按重載標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)的重載鐵路運(yùn)煤通道。標(biāo)段內(nèi)隧道共18座，共25.2 km，其中石樓隧道全長12 807 m，為單洞雙線隧道，線間距4.0 m，為高風(fēng)險(xiǎn)隧道，全線控制工程之一。通過石樓隧道施工階段的風(fēng)險(xiǎn)管理，對(duì)淺埋、偏壓、濕陷性、膨脹性、土石分界、地下水發(fā)育等不良地質(zhì)段施工進(jìn)行了分析和預(yù)控，確保了施工安全，可對(duì)今后類似工程施工提供參考。

1 隧道工程風(fēng)險(xiǎn)管理概述

1.1 隧道工程風(fēng)險(xiǎn)管理目標(biāo)

隧道施工階段風(fēng)險(xiǎn)管理目標(biāo)包括安全風(fēng)險(xiǎn)、質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)、環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)、工期風(fēng)險(xiǎn)、成本風(fēng)險(xiǎn)及第三方風(fēng)險(xiǎn)等。施工過程中，人、機(jī)械設(shè)備、物料、環(huán)境組成一個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)，而施工階段最主要的控制目標(biāo)就是順利施工和保證安全質(zhì)量，因此風(fēng)險(xiǎn)管理的重點(diǎn)應(yīng)放在安全質(zhì)量上，安全質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)也是管理目標(biāo)全面實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)和關(guān)鍵，應(yīng)進(jìn)行全面、系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)管理。

1.2 隧道工程風(fēng)險(xiǎn)管理的主要特點(diǎn)

隧道工程施工風(fēng)險(xiǎn)管理主要有以下特點(diǎn):

1)施工環(huán)境差;2)工程地質(zhì)條件差;3)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)大;4)不確定因素多。

1.3 隧道施工風(fēng)險(xiǎn)管理基本流程

對(duì)整條隧道應(yīng)根據(jù)施工部位、施工環(huán)境條件等劃分評(píng)價(jià)單元，對(duì)每一單元中的風(fēng)險(xiǎn)源應(yīng)根據(jù)施工進(jìn)度情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)的風(fēng)險(xiǎn)管理，每個(gè)風(fēng)險(xiǎn)源應(yīng)形成一個(gè)可以進(jìn)行循環(huán)作業(yè)的封閉管理系統(tǒng)，見圖1。

圖1 隧道動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)管理基本流程

2 工程概況

2.1 工程地質(zhì)

石樓隧道地處山西省呂梁地區(qū)石樓縣，為黃土峁梁地帶，沖溝發(fā)育，隧道最大埋深252 m，最小埋深1.5 m;Ⅳ，Ⅴ級(jí)圍巖占73.5%。洞身通過的地層有黃土、第三系粉質(zhì)膨脹性粘土、水平層的泥質(zhì)砂巖、泥巖。隧道洞身范圍內(nèi)的不良地質(zhì)主要有土石分界、膨脹性飽和粉質(zhì)粘土、淺埋、偏壓、水平層等特殊地質(zhì)地段，且含水、軟硬不均，易產(chǎn)生圍巖變形失穩(wěn)，工程地質(zhì)條件差，施工難度大，工期風(fēng)險(xiǎn)突出。

2.2 水文地質(zhì)

隧道洞身地下水賦存在粘土段以第三系孔隙水為主，在水平層砂泥巖段為基巖裂隙水為主，水量較大，特別是在淺埋段DK222+125～DK222+170段洞頂有淤地壩補(bǔ)給區(qū)，雨季時(shí)，全隧地下水量較大。

2.3 主要面臨的安全質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)

在復(fù)雜環(huán)境條件和復(fù)雜地質(zhì)條件下修建重載鐵路特長隧道，技術(shù)難度和安全風(fēng)險(xiǎn)大，在施工期間，主要面臨的安全質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)如下:

1)大斷面隧道工程施工過程中自身的結(jié)構(gòu)安全風(fēng)險(xiǎn)。由于隧道跨度斷面大、工法轉(zhuǎn)換多、地層條件、開挖方式及結(jié)構(gòu)受力轉(zhuǎn)換多樣化，而且在特長重載隧道施工經(jīng)驗(yàn)不足，在某些地段特別是膨脹性粉質(zhì)粘土地段，圍巖穩(wěn)定性極差，由于超前支護(hù)、初期支護(hù)不當(dāng)?shù)仍驑O易造成坍塌、大變形，甚至誘發(fā)山體滑坡等安全事故，從而引發(fā)安全風(fēng)險(xiǎn)事故。不良地質(zhì)段和隧道洞口段是安全事故多發(fā)地段，應(yīng)引起高度重視。

現(xiàn)在，圖紙都采用CAD制圖，路線的平面圖一目了然，有的護(hù)欄直接在平面圖上標(biāo)注，除互通匝道的接點(diǎn)不能準(zhǔn)確標(biāo)識(shí)外，直線和曲線段基本都和實(shí)際施工一樣，所以，電腦水平好的話可以直接在電腦上進(jìn)行設(shè)計(jì)放線，這樣把平面圖交給現(xiàn)場人員施工，就不會(huì)有長短不一的異形板了，同時(shí)也為材料精確的訂購提供準(zhǔn)確數(shù)量。另一種就是現(xiàn)場進(jìn)行放樣，不要要求一次性放到位，根據(jù)放樣的結(jié)果，再重新調(diào)整個(gè)別立柱間距，《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》（JTGF80/1-2004）要求立柱間距±50mm，通過立柱間距或多少使異形板消除或達(dá)到0.5m的整數(shù)倍。這樣經(jīng)過多次調(diào)整，既可以省材料，又可以使后續(xù)材料省工、省時(shí)。

2)石樓隧道是山西中南部鐵路通道的控制工程，采用無砟軌道，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)高，施工期間對(duì)仰拱及填充的施工質(zhì)量要求較高，施工環(huán)境所處呂梁地區(qū)屬于黃河中下游水土流失敏感區(qū)，環(huán)保要求高，施工中存在質(zhì)量、環(huán)保等方面的風(fēng)險(xiǎn)。

3 石樓隧道重大風(fēng)險(xiǎn)源識(shí)別

3.1 隧道開工前風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別情況

1)隧道開工前，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙和地質(zhì)勘查報(bào)告，沿隧道洞軸線進(jìn)行地表踏勘核查淺埋段、偏壓段、陷穴、地下水補(bǔ)給區(qū)、滑坡等不良地質(zhì)體，同時(shí)確定具體里程。具體情況為DK221+408～DK221+470，DK232+990～DK232+920，DK222+050 ～ DK222+170，DK232+830～DK233+060，DK234+130～DK234+215等段落存在陷穴和淺埋，對(duì)陷穴采取回填粘土反壓夯實(shí)等措施進(jìn)行處理;對(duì)淺埋、偏壓段結(jié)合設(shè)計(jì)情況專門制定施工方案并組織專家經(jīng)過論證后進(jìn)行施工;對(duì)有影響隧道施工的地下水補(bǔ)給區(qū)設(shè)置攔水壩，同時(shí)盡可能在枯水期進(jìn)行施工。

2)全隧設(shè)計(jì)開挖方式為水平層、一般段開挖方式臺(tái)階法，淺埋、偏壓段為雙側(cè)壁導(dǎo)坑開挖法，并增設(shè)臨時(shí)仰拱，盡可能早封閉成環(huán)，確保開挖時(shí)安全，同時(shí)拆除臨時(shí)仰拱給后續(xù)施工造成了新的風(fēng)險(xiǎn)壓力。風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)措施為全隧采用“三臺(tái)階七步開挖法”施工，盡量少擾動(dòng)圍巖，同時(shí)加強(qiáng)工序銜接，高度重視初噴工序和質(zhì)量，盡早封閉圍巖，確保了全隧順利貫通(見圖2)。

3)DK222+050～DK222+170段位于一沖溝淺埋段，為淤積土和新黃土地層中，最小埋深約2 m，圍巖級(jí)別為黃土Ⅴ級(jí)，偏壓，存在地表塌陷，風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為高度。

針對(duì)本段特點(diǎn)，為確保施工安全，結(jié)合地形狹小、施工便道不暢等原因，基于明挖法施工理論，考慮采用“扣拱”施工工藝，結(jié)合黃土Ⅴ級(jí)加強(qiáng)施工，采用“扣拱”施工工藝，保證了該段安全順利施工，大大節(jié)約了施工時(shí)間和成本。

圖2 中臺(tái)階拱架施工示意圖

4)DK232+990～DK232+920段位于一個(gè)溝谷內(nèi)，溝谷內(nèi)常年流水，形成較厚淤積層，洞身土體含水均處于飽和狀態(tài)，線路左側(cè)約150 m處是杜家塔1號(hào)淤地壩，存在塌方變形等風(fēng)險(xiǎn)，風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為高度。

為確保施工安全，采取如下措施降低風(fēng)險(xiǎn):1)地表水預(yù)處理，通過在河谷上游修筑攔水壩集中抽水;2)在地表洞身兩側(cè)9 m施作高壓水泥旋噴樁，設(shè)計(jì)樁徑60 cm，咬合20 cm;3)在洞內(nèi)中線設(shè)置降水井，集中抽排地下水;4)結(jié)合設(shè)計(jì)采用Ⅴ級(jí)加強(qiáng)A型，初期支護(hù)采用HW175型鋼鋼架，間距0.5 m/榀做好初期支護(hù);5)加強(qiáng)該段的圍巖和地表的監(jiān)控量測工作，當(dāng)位移—時(shí)間曲線出現(xiàn)反彎點(diǎn)時(shí)，表明此時(shí)的圍巖和支護(hù)已處于不穩(wěn)定狀態(tài)，必須停止開挖，對(duì)危險(xiǎn)地段加強(qiáng)支護(hù)，密切監(jiān)視圍巖動(dòng)態(tài)，確保已開挖段的安全(見圖3)。

3.2 隧道施工過程中的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別

1)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)與施工現(xiàn)場相結(jié)合。

在施工中根據(jù)黃土隧道的特點(diǎn)，采用TRT6000超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)和掌子面地質(zhì)素描相結(jié)合的方法，在探明地質(zhì)情況的基礎(chǔ)上進(jìn)行識(shí)別(見圖4)。

在石樓隧道2號(hào)斜井大里程水平層Ⅲ圍巖施工中，根據(jù)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)結(jié)果，結(jié)合掌子面圍巖情況，發(fā)現(xiàn)在距掌子面50 m位置存在裂隙密集帶和裂隙水發(fā)育區(qū)，探明此處存在左邊墻滑塌、拱部坍塌風(fēng)險(xiǎn)。在之后施工中掌子面揭示情況與預(yù)報(bào)基本一樣，采取嚴(yán)格控制進(jìn)尺，加強(qiáng)超前支護(hù)、系統(tǒng)錨桿、鎖腳錨管的施工質(zhì)量，安全順利通過了該區(qū)。

2)現(xiàn)場調(diào)查與專家相結(jié)合。

根據(jù)施工階段揭示的地質(zhì)情況和實(shí)際條件，采取加強(qiáng)監(jiān)控量測并且及時(shí)反饋施工，改進(jìn)施工工藝，調(diào)整支護(hù)參數(shù)和預(yù)留變形量。在需要重大變更設(shè)計(jì)的時(shí)候，晉豫魯鐵路通道公司先后多次組織專家到現(xiàn)場考察，通過專家調(diào)查，根據(jù)石樓隧道實(shí)施的基本條件和現(xiàn)場預(yù)測和判斷可能存在的風(fēng)險(xiǎn)因素，對(duì)隧道風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別至關(guān)重要。

圖3 DK232+990～DK232+920段兩個(gè)斷面的水平收斂

圖4 TRT6000層析掃描成像圖（立體圖）

在隧道出口段，因飽和粉質(zhì)粘土開挖后卸荷，裂隙水很快流失，造成圍巖自穩(wěn)能力急劇降低，及時(shí)根據(jù)設(shè)計(jì)施作初期支護(hù)也有較大變形，提出了變更鋼架的型號(hào)和連接筋型號(hào)及設(shè)置，增加降水井，解決了初期支護(hù)變形問題。

3)工程經(jīng)驗(yàn)類比法。

結(jié)合同類隧道工程經(jīng)驗(yàn)，石樓隧道還存在環(huán)境影響風(fēng)險(xiǎn)，如空氣污染、水污染、固體廢棄物污染、噪聲污染、職業(yè)健康、爆炸、火災(zāi)、高空墜落、施工用電事故等。

4 實(shí)施效果

石樓隧道開工伊始即按照鐵道部風(fēng)險(xiǎn)管理的要求及時(shí)進(jìn)行了施工階段的風(fēng)險(xiǎn)管理評(píng)估，在后續(xù)的施工過程中，根據(jù)評(píng)估結(jié)果實(shí)施動(dòng)態(tài)管理，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)和變更設(shè)計(jì)施工，嚴(yán)格執(zhí)行鐵道部《關(guān)于鐵路高風(fēng)險(xiǎn)隧道安全管理工作的實(shí)施意見》(工管質(zhì)［2011］36號(hào))中的安全施工條件，取得了預(yù)期的效果。

5 結(jié)語

1)石樓隧道在施工前編制了安全施工條件評(píng)估實(shí)施細(xì)則，包括項(xiàng)目管理機(jī)構(gòu)、主要管理和專業(yè)技術(shù)人員、安全生產(chǎn)包保制度、干部跟班作業(yè)制度、安全隱患治理掛牌督辦制度、風(fēng)險(xiǎn)控制關(guān)鍵過程日志或影響記錄制度、安全培訓(xùn)與考核、專業(yè)的作業(yè)班組、風(fēng)險(xiǎn)管理實(shí)施細(xì)則、安全施工專項(xiàng)技術(shù)方案和作業(yè)指導(dǎo)書、作業(yè)卡片、施工技術(shù)和安全作業(yè)交底、專職安全員、超前地質(zhì)預(yù)報(bào)、監(jiān)控量測等風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測、安全預(yù)警設(shè)施和現(xiàn)場安全警示標(biāo)識(shí)等。開工前對(duì)以上施工條件進(jìn)行評(píng)估，評(píng)估通過后才能進(jìn)行施工。

2)石樓隧道在施工過程中實(shí)行動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)管理，在充分了解了黃土、膨脹性粘土、水平層砂泥巖的工程地質(zhì)特性后，及時(shí)調(diào)整隧道的開挖方法、超前支護(hù)參數(shù)、初期支護(hù)參數(shù)，降低或規(guī)避隧道的施工風(fēng)險(xiǎn)。

3)在今后的重載鐵路黃土(粉質(zhì)粘土)隧道施工中，要高度重視開挖后初噴的作用，及時(shí)封閉，特別是仰拱開挖后要及時(shí)封閉，盡量避免圍巖因應(yīng)力重新分布造成工程特性極度降低，確保隧道施工和運(yùn)營安全質(zhì)量。

［1］工管質(zhì)［2011］36號(hào)，關(guān)于鐵路高風(fēng)險(xiǎn)隧道安全管理工作的實(shí)施意見［S］.

［2］吳 波.隧道施工安全風(fēng)險(xiǎn)管理研究與實(shí)務(wù)［M］.北京：中國鐵道出版社，2010.