钟鸣二号隧道施工阶段风险评估

王树杰，杨新安，李得昌

(同济大学 城市轨道与铁道工程系，上海 200092)

隧道施工风险大，国外早在20世纪90年代中期就已给出了实用的风险分析技术，并将其应用于公路隧道[1]。根据我国铁道部2007年发布的《铁路隧道风险评估与管理暂行规定》[2](以下简称暂规)，所有隧道在施工阶段都需进行风险评估，特别是风险因素较多的高难度施工隧道。本文在设计阶段施工组织设计、现场调查和以往工程实例[3-5]的基础上，结合暂规对宁安铁路钟鸣二号隧道施工进行了风险评估。

1 工程概况

钟鸣二号隧道是新建宁安城际铁路池州至安庆段的一条施工难度较高的隧道。隧道位于安徽省铜陵县钟鸣镇境内，起讫里程为DK140+830—DK141+628，全长798 m。隧道穿越地层地质条件差，隧道全长属浅埋、Ⅴ级围岩，局部属超浅埋;地下水主要为基岩裂隙水，不发育，降雨后渗水严重;围岩遇水易软化变形，施工难度大。同时，隧道为宁安铁路铺架工程的主要运梁通道，工期紧，控制指标高。

钟鸣二号隧道进、出口端各有75 m、63 m采用明挖法施工;隧道采用新奥法施工原理进行开挖，进、出口段采用中隔壁法(CD法)施工，洞身围岩较稳定段改为三台阶临时仰拱法。

2 隧道施工主要风险因素分析

2.1 地质条件风险

1)土质松散。隧道洞身及上覆地层软弱，裂隙多，属Ⅴ级围岩。由于隧道洞身位于地下水水位以下，在施工过程中，受地下水的影响，粉质黏土和全风化层易变形，向洞室临空面挤出;粗圆砾土(夹漂石)组成的围岩很不稳定，顶部掉块严重，部分顶部掉块后超挖30～40 cm。雨天地下水丰富，围岩土体易渗漏，容易造成围岩内细颗粒的大量流失，极易发生塌方，引起洞壁失稳和地表沉陷。

隧道明挖段属高边坡施工，最高达18 m。边坡揭露多为粉质黏土，土质松软，遇水易软化滑塌。施工中已采用锚喷网加固，但由于锚杆长度偏小，防护效果不好，曾发生仰坡滑动导致导向墙倒塌事故。两侧边坡及仰坡多次出现裂缝，采用一些措施后，使得裂缝影响减小。但裂缝仍在发展，如防护不当，遇雨天极有可能引起山体开裂变形，甚至再次坍塌。

2)浅埋。隧道的覆盖层厚度仅0～22 m，属于超浅埋或浅埋开挖。围岩内无有效的承拱作用，易造成拱顶塌方;隧道变形不易控制，容易造成山体开裂变形[6]。隧道一旦坍塌，很可能发生冒顶事故。同时，雨天地表水通过基岩裂隙大量渗入，降低围岩强度，增加开挖难度，极易造成围岩失稳。

3)偏压。隧道进、出口段属洞口浅埋、偏压地段。出口端偏压严重，右侧最小埋深5 m。偏压地段由于围岩受力不对称，隧道成拱效果不好，稳定性差。开挖后与初期支护完成前，在周边围岩侧向压力的情况下，覆盖层薄的一侧洞身易出现坍塌，形成“神仙洞”[7-8]。

2.2 环境条件风险

1)冲沟。在隧道右侧存在一条冲沟，在里程DK140+980—DK141+5处与隧道斜交，过隧道中线，根据地形走势DK140+990—DK141+10段为隧道埋深的最浅处。其附近村民为种树挖掘了一处水坑，水坑底部距隧道顶部仅3.5 m，并且地层松散夹有漂石。降雨后雨水汇聚于此，对隧道施工影响非常大，很有可能发生坍塌冒顶事故。

2)下穿公路。隧道在里程 DK141+110—DK141+120处下穿一条公路，埋深21 m。因附近建立了一处料场，重载车辆大量通过，其动荷载对隧道施工影响巨大，极易引起围岩变形和隧道塌方。

3 风险评估

3.1 风险指标体系

根据对隧道主要的地质条件和环境条件风险因素分析，总结得出钟鸣二号隧道施工主要风险事件有塌方、山体开裂变形和边坡坍塌。目标风险为安全风险、工期风险和环境风险。结合以往工程实例，建立钟鸣二号隧道施工风险指标体系，见表1。

3.2 风险评价标准

铁路隧道风险分级标准包括事故发生概率的等级标准、事故发生后果的等级标准和风险等级标准。当风险等级为低度和中度时，风险为可接受和可忽略范围;当风险等级为高度和极高时，必须针对风险采取措施，将风险降低到可接受或可忽略范围。风险分级标准具体内容详见暂规[1]。

表1 钟鸣二号隧道施工风险评估指标体系

3.3 隧道初始风险等级评估

根据风险分级及接受标准，采用专家打分法对初始风险等级进行评估，基于保守考虑，取安全风险、工期风险和环境风险中概率等级和后果等级的最大值，再利用“R=P×C”(R表示风险，P表示风险因素发生的概率，C表示风险因素发生时可能产生的后果)法求出隧道综合风险权重，最终得到隧道各段施工风险事件的风险等级，评估结果见表2。

表2 钟鸣二号隧道初始风险等级表

4 主要风险控制措施

按照评估结果，本隧道各段施工风险事件虽风险综合权重不同，但全属高度等级风险，属不可接受范围，需采取针对性措施将风险降低至可接受或可忽略范围。限于篇幅，本文仅对隧道施工中的典型风险控制措施进行阐述。

1)边坡坍塌风险控制措施

施工应改用长锚索喷网防护，加深锚杆打入深度，利用稳定土体的牵拉作用使高边坡稳定;在高边坡上部采用地表注浆对土体进行加固;对边坡上部卸载。

2)塌方风险控制措施

在洞口段及围岩较差段，开挖施工严格按照中隔壁法(CD法)施工;若围岩比较稳定，可将施工方法更换为三台阶临时仰拱法，以加快施工进度。尽量缩短开挖进尺，仰拱及时闭合，二衬紧跟，控制预留变形量，同时加强监控量测。洞口采用长管棚预支护，其他段采用双层小导管注浆加固。

3)山体开裂变形风险控制措施

对明挖段顶面卸载，坡面采用长锚索喷网防护;暗挖段采用地表注浆加固，洞顶用钢管打入加固。

4)冲沟段风险控制措施

冲沟段更改开挖方式，采用明挖法施工，边坡高度控制在18 m以内;在明挖处向前增加一个进口，以提高施工进度，保证工期要求。同时采取防止边坡坍塌风险控制措施。

5)下穿公路段风险控制措施

施工至公路处，先将公路改道，待隧道二衬施工完成后，再移回原处。同时采取防止塌方、山体开裂变形风险控制措施。

5 残余风险

针对初始风险采取以上多项施工技术措施后，施工风险会相应降低，但不可能完全消除，结合初始风险评估结果和制订的对策措施，对钟鸣二号隧道施工残余风险进行评估，评估结果显示风险等级都已降至中度或低度，为可以接受风险。

6 结论

1)钟鸣二号隧道是典型的浅埋高风险隧道，又与冲沟斜交，下穿公路，施工风险高。通过对地质条件和环境条件风险因素进行分析，确认施工存在塌方、边坡坍塌、山体开裂变形的安全风险，同时存在工期风险和环境风险。

2)根据风险分级及接受标准，采用专家打分法对初始风险等级进行评估，再利用“R=P×C”法求出隧道综合风险权重，得到钟鸣二号隧道各段各风险事件的风险等级。

3)针对初始风险，对隧道主要风险提出多项技术、管理措施。残余风险等级降至中度或低度，措施有效地降低了隧道施工风险。

4)隧道施工风险大，风险管理应贯穿于工程实施的整个过程，施工时应跟踪措施实施后的风险因素及风险等级变化，实施动态化的风险管理。

[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]中华人民共和国铁道部.铁建设[2007]200号 铁路隧道风险评估暂行规定[S].北京:人民铁道出版社，2007.

[3]熊华伦.论浅埋、偏压及软弱围岩隧道施工技术[J].西部探矿工程，2005(11):138-139.

[4]陈韶光.青山岗隧道施工塌方的风险评价[J].公路工程，2008，33(5):91-92.

[5]夏曾银.浅埋偏压软岩隧道施工技术[J].西部探矿工程，2006(1):164-166.

[6]李锋.翔安隧道强风化层施工的风险管理[D].上海:同济大学，2007.

[7]王海明.吉青岭隧道浅埋偏压进口段施工风险分析及综合防治措施[J].探矿工程，2010，37(1):79-81.

[8]杨忠，蒋忠全，李兵，等.金牛山隧道下穿京福高速公路施工风险评估分析[J].铁道建筑，2011(10):44-46.