象山特长铁路隧道重大风险评估及控制

钟有信 耿 伟 胡 斌

(中国中铁隧道集团有限公司，河南洛阳 471009)

任何隧道与地下工程均潜在风险。地质勘测不足、设计失误、施工缺陷、缺乏信息沟通、不良水文地质条件及不可抗力等众多原因，皆将导致风险事故的发生。近年发生于宜万铁路高阳寨隧道、都汶公路董家山隧道、上海地铁黄浦江隧道等事故，让参建各方体会到项目成败与风险受控与否息息相关。

鉴于风险管理的重要性，许多专家、学者近年来对其展开了广泛探讨与研究，并取得了一些重要成果。如工程院院士王梦恕在第八次全国岩石力学与工程学术大会提出:任何一项工程，从规划，勘察设计、施工直到运营，都应该进行安全、风险性、可靠性评估体系的分析，而非在预可性、可行性研究阶段只进行经济投资风险评估的狭义做法［1］;中南大学毛儒教授指出，在风险评估后，须将风险管理如同工程监理一样纳入工程科学管理环节，才能使工程建设健康发展［2］;在风险评估研究方面，路美丽等总结性地提出国外目前在定性风险评估、定量风险评估主要方法，并提出其中的风险指数法是较适应国情的方法［3］。

在铁路隧道风险评估研究方面，武赞等提出工程全寿命周期内安全风险、工期风险、投资风险、环境风险及第三方风险的评估模式［4］;陈赤坤等就铁路隧道风险评估体系方面，提出风险因素数据、风险因素概率和权重的取值等是风险评估的关键技术问题的观点［5］。

在风险管理与控制研究方面，周杨等提出了不同于ALARP(As Low As Reasonably Possible)风险控制原则，即基于LQI(Life Quality Index)隧道工程人员安全的风险控制决策模型，它将社会功效作为风险控制的衡量标准［6］。

在风险评估与管理实践方面，张荣贵等在向莆铁路(福建段)施工项目中，提出了利用风险评估为基础的地质灾害超前预报模式，结合当前主流的超前预报技术特点，针对不同控制性灾害地质异常，提出了优选的超前地质预报技术组合［7］;王华牢等通过对卧龙岗隧道施工塌方风险评估，明晰了隧道塌方诱因，在通过控制爆破震动、加强初期支护及二次衬砌紧跟等技术措施后，使隧道风险得到有效控制［8］。

综上所述，相关文献要么侧重于风险评估管理的理论研究，要么在侧重于于风险评估与管理的某一个方面的实践总结。现以龙岩至厦门象山特长隧道为实例，介绍按照我国初步发布的现行铁路工程风险评估与管理的规范要求，具体工作中如何组织风险评估以及在施工过程中怎样针对性地制定风险管理的技术措施。

1 工程设计概况

象山隧道的左(右)线隧道进出口里程为 DK(YDK)19+690、DK(YDK)35+588，左右线隧道长度分别为15 898 m、15 917 m。隧道开挖断面68.1～87.5 m2，隧道成型后其轨面以上一般断面净空面积为52 m2，内净宽为690 cm，内净高为765 cm，单侧设置贯通的救援通道。隧道除偏压路堑式明洞段采用整体式衬砌外，其余地段均为复合式衬砌，采用双块式无砟轨道结构形式。隧道进出口段位于曲线上，其余地段均位于直线上。左右线隧道内纵坡均为进口—出口单面下坡，属紧坡地段。据地质勘察数据统计，象山隧道的围岩分级构成如图1所示。象山隧道采用钻爆法施工，设计工期35个月。为实现长隧短打目的，隧道中部设有五座斜井，承担着13.6 km正洞施工任务量，其中，2号、3号、4号斜井为有轨运输斜井，设有5座斜井(其中1号和5号斜井为无轨运输，2号、3号、4号有轨运输斜井坡度大，井身长，分别为22°/508.17 m、23.08°/905.65 m、23.04°/894.28 m)。

图1 隧道围岩级别构成

从隧址水文地质、工程规模、工期要求等情况看，工程风险因素多，施工难度大。其主要难点:①隧道地处闽西南拗陷带之龙岩向斜的东翼并穿过政和—大埔深大断裂带，受复杂地质构造影响，隧址区围岩破碎，构造发育，构造残余应力复杂多变，地下水很发育，根据统计分析，隧道日涌水量最高时达164 175 m3/d，断层破碎带等不良地质体区段容易引发突泥突水。②为提高平行作业工效，进出口之间设计有3座陡长的有轨运输斜井，斜井对施工不仅运输能力与安全压力大，而且多级排水系统给隧道紧急涌水抽排水提出了极大的淹井风险。③隧道穿越的岩溶发育区严重威胁着洞内施工安全，同时所在地段地表居民、厂矿建筑物密集，岩溶突水对地面建筑安全产生严重影响。其他复杂地层条件及环境影响因素列于表1。

2 风险识别与评估

2.1 初始风险识别

风险是对人身安全、环境、财产有潜在损害和对工程有潜在经济损失或延期的不利事件发生的频率和影响结果的综合。国际隧道协会认为，它是风险事件发生的可能性(概率)Pr与风险事件发生后对工程项目的影响结果q的双因子函数，用表达式可表示为R=f(Pr，q)。根据《铁路隧道风险评估与管理暂行规定》(铁建设［2007］200号)，铁路隧道风险划分为五类:安全风险、环境风险、工期风险、投资风险及第三方风险等。为贯彻安全第一的原则，施工阶段的风险评估以安全风险、环境风险为重点［9］。风险评估第一步是对工程进行系统地风险识别。

表1 不良工程地层与环境情况

一般来说，风险识别工作时以动态风险识别为主线，以静态风险识别为手段，风险在建设周期内各阶段认知的深度不同。在施工阶段(相对设计阶段而言)，它开始得到直观揭露与核实，施工阶段的风险识别对它的控制与管理具有现实意义。因此，施工单位应综合项目特点、施工工艺、施工时边界条件的变化、已揭示围岩状况、超前地质预报结果、监控量测及施工经验等信息，在设计阶段风险评估的基础上，再次对隧道的风险进行评估，以便规避施工过程中的重大风险。施工阶段的风险管理是工程寿命周期中风险能否得到有效控制的关键时期。

象山隧道风险识别采取头脑风暴法结合德尔菲法进行。象山隧道开工初期，恰逢铁道部发布《铁路隧道风险评估与管理暂行规定》，象山隧道参建各方以此为契机，立即组成风险评估组，着手将工程风险管理纳入工程系统管理体系。常用的风险识别方法主要有专家调查法、核对表法、风险矩阵法(Risk Matrix)、德尔菲法 (Delphi法)、头脑风暴法(Brainstorming法)、故障树分析法(FTA法)［10］，风险评估组经比优、权衡后，综合采用了头脑风暴法、德尔菲法。

(1)收集和研究资料

专家组只有获得足够的工程资料，并对资料作出系统的研究分析，较好把握项目重难点，才能保证风险识别的有效性。本项目需收集的资料主要有:设计图纸、地质勘察报告、隧址区居民分布、类似工程信息及实施性施工组织设计等。

(2)确定主要风险类型

根据铁道部有关文件要求，施工阶段侧重以安全风险、环境风险为管理目标。

(3)分析基本风险的组成

专家组各自采用风险识别专业技术，分析引起基本风险的因素及其相互关系，以确定基本风险的构成。

(4)建立基本风险系统

采用层次分析法和德尔菲法，确定象山隧道工程基本风险的递阶层次结构，并确定各个层次的相互权重，最终建立起该工程的基本风险系统。

象山隧道安全风险的识别分析模式如图2。

图2 安全风险识别模式

2.2 风险等级评估

评估组在对风险识别后，对所有风险因素进行系统风险估计。风险评估就是对识别出的风险进行测量，包括风险发生概率、出现后将造成的后果(损失)。鉴于铁路隧道风险评估起步较晚，可参考数据缺乏，风险评估时方法主要采用主观估计方式(如专家调查法)。实际风险评估时，象山隧道也是采取专家调查法结合头脑风暴法的方式。象山隧道初始风险评估情况摘录于表2。

2008年7月4～5日，龙厦铁路工程建设指挥部在龙岩市主持召开了以铁道部邀请的史玉新为组长、关宝树为副组长的专家审查会，与会专家在踏勘现场，听取了参建单位汇报后进行了深入细致的讨论，并对参建单位提交的《象山隧道风险评估报告》进行评审，最终形成审核结论为:象山隧道地质条件极为复杂，存在突水突泥、地面塌陷、煤层瓦斯异常等地质问题，建议象山隧道施工应按Ⅰ级风险隧道进行建设管理。

3 风险控制与管理

风险控制管理是风险评估的最终目的。铁路隧道工程项目风险控制管理要求采用国际隧协推荐的ALARP准则［11］，即将风险按影响程度划到三个区:不可接受区、ALARP区、可接受区。不可按受区的风险为极高风险，必须采取有效预防与控制技术措施来减轻、转移或规避风险;对ALARP区风险应在经济合理的前提下尽量降低风险，可接受区的风险为低度风险，不必采取控制措施。经过专家组对象山隧道风险的等级评估，确定了分布于不可接受区、ALARP区的风险因素主要有岩溶溶洞、断层破碎带、软岩大变、塌方、瓦斯涌出等。针对象山隧道这些极高与高度风险因素所制定的风险总体控制对策列于表3。

表2 象山隧道初始风险评估等级(摘录)

表3 象山隧道风险控制总体对策

象山隧道穿越10条富水断层破碎带，在施工过程中采取了如下风险控制措施:

①隧道工程的地下水处理应遵循“先探后掘、以堵为主、堵排结合、可控排放、择机封堵”的处理原则［12］。

②按地质分级预报的原则，采取 TSP 203、高密度电法、红外探测仪、地质雷达和超前地质钻孔进行中长距离预报，采用地质素描法、短距离钻孔等进行短距离预报，将所采集的原始数据和分析过程、分析结果报请专家审核，为下一步施工提供较准确的地质预报信息。

③针对地质预报提供的地下水赋存环境，采取分级注浆标准，如全断面超前预注浆、径向注浆、局部注浆、补充注浆及回填注浆堵水等，并严格注浆后开挖前的查验与参建各方的会审确认工作，防止意外开挖引发洞周地下水大量动态泄放的突涌水事故。

④对于断层破碎带高压富水区，要严格施工安全性判断和完善风险对策，健全施工监控量测和信息反馈系统。对开挖工作面的地质钻孔，应做好探孔的涌水量、水压力及泥沙含量等监测，当结合超前地质预测推定工作面前方有发生突涌水的可能性时，必须停止开挖并采取适当措施如注浆堵水等方式处理［13］。

⑤确保施做仰拱、填充、二次衬砌及时跟进开挖面，防止发生围岩失稳与坍塌。

⑥对于已经开挖揭露的集中涌水点，应开挖通过后尽快进行局部注浆、径向注浆堵水处理;对于岩面渗滴水、线状渗水等散状水，应在衬砌施工前进行补充注浆进行堵水处理。

4 结论

(1)象山特长隧道因工程规模大、水文地质条件复杂等情况潜在较高风险，通过组织风险评估专家依据现行的铁路隧道风险评估管理标准，对工程的岩溶、岩洞、断层破碎带、采空区、地表失水、软岩大变形、塌方、瓦斯涌出和徒长有轨斜井运输等施工风险因素进行了的风险评估，最终确定岩溶突泥及断层破碎带等地质问题潜在着涌水、突泥、淹井和诱发地表沉陷和房屋开裂等风险事件，是象山隧道施工时时极为重要的风险因素。

(2)基于风险评估，在象山隧道施工过程管理过程中，通过采取项目组织、管理、技术相结合的方式，针对性地采取超前地质预报、帷幕注浆与信息反馈等风险控制技术措施，有效地预防了施工期间工程事故的发生，确保了工程安全顺利完成，达到了施工风险得到有效控制的管理目的。

(3)铁路隧道的风险评估与管理工作仍属于起步时期，建立和健全适合国情和铁路建设需要的风险评估体系是一个较庞大的系统工程，需要在实践过程中遵循循序渐进、逐步完善的原则。因而，建议应先站足于人本观念和地质风险因素，侧重于单目标的安全风险评估，在此基础上，再进行环保、经济、工期等多目标风险评估。

(4)目前铁路隧道的风险管理基本采取风险自留的处理模式，希望将其引入市场，采用风险转移的策略适当转移风险，如保险通过向保险公司交纳一定数额保险费，当风险发生时以获得保险公司补偿，即将风险转移给保险公司。

［1］ 王梦恕．修建公路隧道应建立安全风险性、可靠性评估体系［M］．北京:科学出版社，2004

［2］ 毛儒．积极开展隧道风险评估，认真加强风险管理［J］．隧道建设，2007，27(4):10-13

［3］ 路美丽，刘维宁，罗富荣，等．隧道与地下工程风险评估方法研究进展［J］．工程地质学报，2006，14(4)

［4］ 武赞．关于铁路隧道风险评估方法的探讨［J］．铁路工程造价管理，2007(11):8-11

［5］ 陈赤坤，郑长青．铁路隧道风险评估体系的研究和探讨［J］．铁道标准设计，2007(增刊1):12-14

［6］ 周杨，黄宏伟，胡群芳．基于LQI的隧道工程人员安全风险控制决策模型［J］．地下空间与工程学报，2007，3(5):854-857

［7］ 张荣贵，赵存明．基于风险评估的隧道地质超前预报技术分析-以向莆铁路(福建段)为例［J］．福州大学学报(自然科学版)，2010，38(5):736-738

［8］ 王华牢，李宁，王皓．隧道施工塌方风险评估与控制措施［J］．交通运输工程学报，2010，10(4):34-37

［9］ 中国中铁二院工程集团有限责任公司．铁建设［2007］200号 铁路隧道风险评估与管理暂行规定［S］．北京:中国铁道出版社，2008:36-38

［10］ 路美丽，刘维宁，罗富荣，等．隧道与地下工程风险评估方法研究进展［J］．工程地质学报，2006，14(4)

［11］ R．E．Melchers．Society，tolerable risk and the ALARP principle［M］．Netherlands，Balkema:R．E．Mel2 chers，M．G．Stewart，editors．Probabilistic risk and hazard assessment，1993:243-252

［12］ 王进志．雪峰山特长铁路隧道不良地质风险再评估与风险动态管理［J］．隧道建设，2009，29(5):554-555

［13］ 李红军，洪开荣，钟有信，等．龙厦铁路象山隧道复杂地质条件下关键施工技术研究［R］．福建龙岩:中铁隧道集团龙厦铁路ZD－1标项目经理部，2011