准鄂铁路东胜隧道风险评估浅析

张 磊

(中铁一院集团新疆铁道勘察设计院有限公司，新疆 乌鲁木齐 830011)

1 工程概况

东胜隧道位于内蒙古自治区鄂尔多斯市,隧道进口里程DK180+300，出口里程DK187+990，隧道全长7 690 m，为双线隧道；隧道最大埋深约97.8 m。

隧道进口至DK180+774.353段位于R=5 000 m的左偏曲线上，隧道DK183+865.164至改DK187+640.580段位于R=6 000 m的左偏曲线上，其他段落均为直线；隧道内纵坡进口4 250 m段为上坡，出口3 440 m段为下坡。

洞身分别下穿拟建塔拉壕煤矿主、副斜井，净距分别为25.6 m,30.65 m；DK185+080隧道下穿大坝(无水)，为保证安全，对水坝进行临时拆迁；隧道出口下穿包府公路，覆土约3.2 m，施工前对包府公路进行临时改移，隧道施工完成后在原位置恢复；其余地段下穿109国道、在建东胜互通立交、房屋等,埋深约为57.5 m～75.3 m。

隧道设计3座斜井，见表1。

2 工程地质及水文地质

2.1 地层岩性

表1 东胜隧道斜井设计参数表

2.2 水文地质

地下水主要为第四系孔隙潜水、少量基岩裂隙水，主要由大气降水渗透补给，水位埋深0.8 m～23.0 m，地下水对混凝土不具侵蚀性。

2.3 工程地质

2.3.1围岩分级

隧道各级围岩统计见表2。

表2 东胜隧道围岩分级统计表

2.3.2煤层瓦斯及火区

隧道区穿越侏罗系中下统含煤地层，隧道洞身在改DK180+300～改DK181+570之间先后与1-2,2-2上，2-1中煤层交叉。

依据煤层瓦斯参数测定报告：

2-2上煤层甲烷含量平均值为0.0 cm3/g，二氧化碳含量平均值为0.71 cm3/g；2-2中煤层甲烷含量平均值为0.0 cm3/g，二氧化碳含量平均值为0.27 cm3/g；2-2下煤层甲烷含量平均值为0.0 cm3/g，二氧化碳含量平均值为0.69 cm3/g；3-1中煤层甲烷含量平均值为0.0 cm3/g，二氧化碳含量平均值为0.57 cm3/g；4-1中煤层甲烷含量平均值为0.0 cm3/g，二氧化碳含量平均值为0.27 cm3/g。

各样品的镜质组平均最大反射率测定结果2-2上煤层为0.57%，其余均在0.50%以下，各煤层测试样品煤的坚固系数为0.17～0.90之间，瓦斯放散初始速度为2～11。综合分析，东胜隧道在改DK180+300～改DK181+570穿越煤层，赋存瓦斯气体成分为二氧化碳和氮气，甲烷含量为零，瓦斯爆炸可能性极小，施工中应加强监测及通风工作。

隧道区煤层施工开挖时可能发生煤尘爆炸。

隧道区内煤层变质程度低，抗风化能力差，吸氧性强，易发生自燃。参照电力金阳煤田资料，本区煤的着火温度271 ℃～290 ℃，煤的自燃发火期一般为40 d～60 d。

2.3.3特殊岩土

1)泥岩。

主要分布在改DK180+300～改DK180+912、改DK181+320～改DK182+885及改DK186+280～改DK187+990，泥岩具弱膨胀性。

2)新黄土。

在进出口及洞身表层局部分布，具湿陷性，δs=0.038～0.087，为Ⅰ级(轻微)非自重湿陷性黄土场地。

3 风险评估程序和方法

3.1 风险评估程序

本隧道风险评估主要程序详见图1。

3.2 评估方法

风险评估方法可采用核对表法、专家调查法、蒙特卡罗法、层次分析法和风险矩阵法等，开展定量或定性与定量结合的风险概率估计和后果评估。本隧道主要采用专家调查法、头脑风暴法和核对表法。

4 隧道风险评估及对策

4.1 初始风险等级

1)风险因素。东胜隧道矿山法施工存在的安全风险因素主要有砂泥岩互层、产状平缓、隧道穿越侏罗系中下统含煤地层，矿尘较大，煤尘具有爆炸性；隧道区内煤层变质程度低，抗风化能力差，吸氧性强。

2)风险事件。东胜隧道可能发生的风险事件主要有：塌方、瓦斯、煤尘爆炸、煤层自燃等。

3)初始风险等级。东胜隧道初始风险统计结果见表3。

表3 东胜隧道初始风险等级统计表

4.2 风险控制措施

4.2.1洞身下穿包府公路处风险处理措施

1)隧道施工前应与包府公路产权单位签订协议，在包府公路临时改移后采用明挖法施工，降低工程风险。2)下穿包府公路段采用立交明洞衬砌，加强结构厚度及配筋，保证结构安全。3)立交明洞回填应满足JTG D30—2015公路路基设计规范的相关要求。

4.2.2洞身下穿塔拉壕煤矿斜井处风险处理措施

1)严格遵循新奥法相关流程施工。2)隧道施工前应与主、副斜井产权单位签订协议，隧道施工影响范围的煤矿斜井采用钢筋混凝土结构。3)下穿段为Ⅲ级围岩，采用小导管注浆超前支护、Ⅳ级围岩加强复合式衬砌。4)隧道开挖应采用控制爆破，斜井结构爆破震动速度不应大于《爆破安全规程》相关要求。5)隧道开挖后，加强铁路隧道和煤矿斜井的监控量测工作。

4.2.3洞身坍塌风险处理措施

1)对洞口段、浅埋及偏压段采用大管棚、中管棚、小导管等超前支护措施。2)Ⅴ级围岩浅埋、偏压段采用刚度较大的型钢加强支护。3)围岩水平成层段采用加强支护手段。4)工程实施过程中，应高度重视高风险地段的施工组织管理，保证锚杆灌浆，初支喷混凝土厚度、密实度，确保施工质量和安全。5)加强监控量测。通过监控量测成果分析，及早掌握围岩及支护的动态状况，以便采取有效措施，并及时调整设计参数。

4.2.4瓦斯、煤尘爆炸及煤层自燃风险处理措施

1)施工过程中根据施工前编制的实施性施工组织设计和专项应急预案定期开展事故应急处理演练。2)隧道内施工人员必须经过强制性的瓦斯隧道安全施工技术培训。3)设专职检查员，经常检查、监测瓦斯，掌握突出预兆，保证隧道内任何时间瓦斯、煤尘、二氧化碳指标都低于安全值。4)本隧道煤尘具有爆炸的可能，在煤层开挖过程中，应加强通风，防止煤尘的引燃、爆炸，隧道施工应按照《煤矿安全技术规程》有关煤尘的生产技术管理规定执行。5)施工中应加强安全意识；加强超前地质预报；加强瓦斯、煤尘、二氧化碳等浓度监测；加强通风和防尘、除尘工作，防止发生煤尘爆炸事故；加强对煤层自燃的防范。6)放炮前后在开挖面附近20 m内必须喷雾洒水。7)及时清扫、清理、冲刷沉积的煤尘，避免爆破、运输车辆等其他震动，使得大量落尘飞扬，在短时间内增加洞内局部地段的浮尘量，达到煤尘爆炸浓度。8)控制施工通风风速不宜大于3 m/s，避免煤尘在“死角”密集且防止风速过大引起落尘飞扬。9)及时施作支护措施以防煤层长期暴露。10)加强对火源及易燃品的管理，加强洞内防水材料、保温材料及冬季施工洞内增温设施的管理工作，避免引燃煤尘和煤层。11)在开挖面接近煤层或储气层时，应采用超前钻孔排放瓦斯，防止瓦斯突涌。12)加强通风管理，建立稳妥可靠的通风系统，施工通风应保证稳定、连续和有效；因检修、停电等原因停风时，必须撤出人员，切断电源。恢复通风前，必须检查瓦斯浓度，符合规定后才可启动机器。

4.2.5工期风险处理措施

1)东胜隧道允许土建工期为22个月(不含施工准备),根据隧道地形共设置3座斜井。利用进、出口及3座斜井,共5个工作面,施工工期为21.1个月(不含施工准备)。2)隧道2号斜井大里程方向工作面，以及3号斜井小里程方向工作面，分别承担正洞1 210 m,1 440 m，工期为21.1个月，是本隧道工期控制工区。施工中应加强管理，保证人员、机械、建筑材料、施工用水用电、施工通风的配备，加强各工种、工序的衔接，提高工作效率；施工中应及时进行支护、衬砌并加强监测，避免发生塌方等工程事故影响工程进度。3)隧道进、出口端300 m，设置了中心深埋排水管。施工前应熟悉设计图纸，细化施工组织设计，加强各工序的衔接，并向施工人员做好施工技术交底，在保证隧道排水系统施工质量的前提下，提高工程进度。4)在工期允许的条件下，尽量提高隧道进、出口以及“顺坡”施工方向等施工条件较好的工作面，承担正洞的施工长度，提高效率。5)施工中如发现围岩情况与设计不符，或其他地质异常情况，应及时反馈，并采取相应措施，防止由于发生塌方、煤尘爆炸等事故而延误隧道工期。

4.3 评估结论

结合本阶段工程地质资料和相关设计文件，对隧道进行风险评估得出如下结论：

通过对隧道工程条件的概述和初始风险等级的确定，部分风险因素可导致“高度”风险等级事件。通过采取相应的风险控制措施后，能够将风险等级降为“中度”及以下。

因此，本线隧道的建设在安全、稳定、质量、投资、工期、环境等多个目标风险方面都是可以接受的，东胜隧道在施工过程中采取的措施是合理的，设计方案可行。

5 结语

1)风险因素的识别依赖于地勘资料的准确性和完整性。2)施工图阶段形成的风险评估报告需经专家评审，有助于优化风险控制措施从而进一步降低风险等级。3)对上岗操作人员就有关安全生产的法律法规和规章制度、危险源识别等进行制度化培训，并对编制的应急救援预案进行定期演练。