金牛山隧道下穿京福高速公路施工风险评估分析

杨 忠，蒋宗全，李 兵，朱浩波，高 亮

(1.中国水电集团，北京 100048;2.北京交通大学，北京 100044)

隧道工程与其他工程项目相比，具有隐蔽性强、工序复杂和风险大等突出的特点。当隧道穿越地层条件较差，且要穿越既有建(构)筑物时，上述特点显得更为突出。这是因为隧道施工过程中，要严格控制隧道开挖引起的地层变形过大，同时还要兼顾隧道结构体自身的施工安全。基于此，本文以金牛山隧道下穿京福高速公路为工程背景，对隧道施工中存在的风险进行分析，为该项目及类似工程的建设提供一定的参考。

1 工程概况

金牛山隧道位于新建铁路DK465+335～DK467+240处，全长1 905 m，双线单洞，隧道最大断面约130 m2。其中，隧道在 DK466+230～DK466+330和DK466+560～DK466+660区段分别下穿京福高速公路C匝道和京福高速公路(如图1～图3)，穿越全长共为200 m。隧道采用三台阶法施工，拱顶至路面垂直距离分别为9.280 m和12.045 m，穿越地层为花岗片麻岩，局部夹脉状角闪岩及石英岩，弱风化，节理裂隙发育，呈碎石状玉碎结构，围岩级别为Ⅳ级。

2 风险辨识和分析

根据金牛山隧道施工组织设计及工程地质勘察报告等相关资料，对隧道采用三台阶法施工穿越京福高速公路进行风险辨识和分析。

图1 隧道下穿京福高速公路C匝道横断面(单位:m)

图2 隧道下穿京福高速公路横断面(单位:m)

2.1 风险辨识

图3 隧道穿越京福高速公路平面示意

风险辨识，即找出工程施工过程中所有的潜在风险因素，并进行归类整理、筛选，找出风险点［1］。对金牛山隧道下穿京福高速公路的施工风险分析，主要从以下两个方面展开:①隧道施工对周围环境的影响;②隧道施工结构体自身的安全分析。针对具体的工程，运用专家调查法、故障树法并结合以往类似工程资料，整理出每个方面的风险事故(如表1)。

表1 金牛山隧道下穿京福高速公路施工风险辨识

2.2 风险分析

2.2.1 隧道施工对周围环境的影响风险分析

1)爆破对周围环境的影响风险。

2)隧道施工引起的地层沉降对周围环境的影响风险。

隧道施工引起的地层沉降对周围环境的影响是地下工程建设过程中控制的重点和难点。一旦施工引起地层沉降过大，势必会导致路面塌陷，建(构)筑物产生倾斜、裂缝和地下管线损坏等。

3)隧道施工引起的周围环境污染和噪声污染。

2.2.2 隧道施工结构体自身的安全风险分析

1)施工方法选择的风险。施工方法在设计阶段已经确定，其主要包括隧道的开挖方法、开挖进尺、支护参数选取等方面。一旦施工方法选择不当，将会导致隧道周围围岩变形过大，甚至有可能导致隧道坍塌。

2)地质勘察资料的影响风险。设计阶段的地质勘察是不够详细和周全的，如果实际地质条件比预想的要差，那么按照原有的施工方案进行施工必将增大隧道的安全风险。

3)隧道埋深较浅风险。本工程中，隧道穿越京福高速公路时最小埋深为9.28 m，这不仅增加了隧道施工对周围环境的影响风险，同时也加大了隧道自身结构体的施工风险。

4)施工工期的影响风险。施工工期是制约工程质量的一个重要因素。实际工程中，由于各方面的原因经常会出现工期明显偏短的现象，这就可能导致工程建设质量难以保证和安全风险事故发生。

5)建设资金的影响风险。建设资金的数目通常是业主单位在招标阶段已经确定，然而，一些施工单位中标后无法保质保量，另外，有些业主单位由于各方面的原因使得建设资金不到位，增大工程的安全风险。

6)施工人员综合素质的影响风险。施工人员是项目具体建设的主体，其综合素质的高低直接影响着工程的建设质量。

3 风险评价

3.1 风险评价标准

此隧道风险评估与管理研究所采用的风险评估方法和评价准则均依据有关研究［2］。下面分别以表格的形式给出风险发生概率、后果损失、风险评估矩阵以及风险接受准则标准(见表2～表5)。

表2 风险发生概率等级

表3 风险后果损失等级

表4 风险评估矩阵

表5 风险接受准则

3.2 风险评价

根据以上对金牛山隧道下穿京福高速公路施工可能存在的各种风险事故进行综合汇总分析，采用专家调查法，并依据风险评估矩阵对其风险等级进行评估。其风险评价见表6。

表6 金牛山隧道下穿京福高速公路施工风险评价结果表

4 风险控制措施

风险的存在是不可避免的，但可以通过一些工程技术措施降低风险。目前，风险控制主要有两条思路:一是减小风险发生的概率，二是减小风险可能发生后的损失。在通常情况下，降低风险也就意味着增加投资，投入额外的人力物力对风险进行技术控制，而且达到一定程度后，增加大量投资仅能将风险程度作细微减小;但是对风险置之不理亦不可取，以往大量工程的事故案例一次又一次地向人们敲响警钟。因而，应该先对风险按大小、性质进行区分，再针对不同风险采取可靠的风险控制措施［1］。

根据以往大量工程实践经验，结合金牛山隧道的工程特点，整理出应对风险的控制措施。

1)隧道施工对周围环境的影响控制措施

①在高速公路下施工时，应严格按爆破设计进行施工，爆破所引起的地表振速应控制在周围建(构)筑物和过往车辆响应所允许范围内。

②严格控制开挖引起的地层沉降，做到及时监控量测，随时掌握隧道周围围岩的变形情况。

③隧道开挖时，应进行爆破振动监测，及时反馈信息，调整爆破参数，减轻爆破振动效应，从而确保隧道施工安全。

2)隧道施工结构体自身的安全风险分析

①优化施工方法:通过对钻爆法的各种施工方法进行数值模拟计算分析，条件允许的情况下最好进行试验段研究来确定适合该工程的最优施工方法。

②为了对设计阶段地质资料进行补充和证实，施工过程中必须采取超前地质预报，要以地质分析方法为基础，参考长、短期地质超前预报，组成完整的地质超前预报技术体系。

③施工建设单位应加强施工人员的综合素质培养，提高施工人员的风险防患意识，并制订相关的紧急预案，在出现危险情况时能及时进行处理，使风险损失降至最小。

④隧道工程项目建设各方应经常积极主动沟通，合理协调各方关系，制订合理的工期，落实工程建设资金，使项目得以顺利实施。

5 结论

通过对金牛山隧道下穿京福高速公路施工风险辨识、分析、评价及控制措施研究，可得到如下结论:

1)隧道施工对周围环境尤其是高速公路的影响风险是金牛山隧道下穿京福高速公路最大的风险，而隧道埋置较浅是导致这一风险事故可能发生的最主要的风险因素。

2)地质勘察资料的影响风险是隧道施工过程中的又一重大风险，针对具体的工程特点，采用长短结合的地质超前预报是预防这一风险事故发生的有效途径。

3)与隧道施工对周围环境的影响风险相比，隧道结构体自身的安全风险也不能忽视，尤以施工方法的选取风险最大，因此，应结合隧道具体的地质条件，比选和优化出最优的施工方法。目前，隧道采用三台阶法施工，实践证明，该工法在控制地层变形方面是比较成功的。

［1］闫玉茹，黄宏伟，胡群芳，等.大连湾海底隧道钻爆法施工风险评估研究［J］.岩石力学与工程学报，2007，26(增2):3616-3624.

［2］同济大学.地铁及地下工程建设风险管理指南［R］.上海:同济大学，2007.