引黄工程岢瓦线天古崖隧道施工风险评估分析

王 艳

(黑龙江省汤原县水务局，黑龙江 汤原 154700)

0 前 言

山西中部引黄工程总干3#洞下穿铁路岢瓦线天古崖隧道因地质条件复杂，开挖断面小，需对施工过程中可能造成的人员伤亡、经济损失、工期延误、环境破坏等风险事件，分别确定各风险因素对目标风险的发生概率、造成损失和影响程度，并进行多风险综合影响分析，根据评价结果制定相应的风险处理方案或措施。

1 隧道概况

1.1 工程概况

山西省中部引黄工程是山西省大水网建设中一项重要的工程，工程干线自天桥水电站库区取水，供水范围包括4市16个县[1]。

中部引黄工程总干 3#隧洞穿越桩号为改 47+968.01-48+034.3，全长 66.29m，设计纵坡 1/3800，于“改 48+001.09”处下穿晋兴公司运煤专线天古崖隧道(桩K38+506.76)处交叉，交叉角度 125°。隧洞交叉段为岩石洞段，城门洞形断面形式，净宽 4.2m，净高 5.1m，直墙段高 3m，设计水深3.48m，顶拱中心角 180°。

衬砌方式：除底板外，内设格栅钢架间距0.6m，钢架间为纵向钢筋连接，环向间距 1m，径向设长 2m 的系统锚杆，梅花形布置，间距 1m，喷射 10cm 厚 C20 混凝土；全断面采用 C25 钢筋混凝土衬砌，衬砌厚 35cm，拱顶100°范围内回填灌浆，注浆压力≥ 0.2MPa。

天古崖隧道宽约 5.2m，洞底开挖高程 1028.15m，引黄 3#隧洞洞顶开挖高程1013.01m，3#隧洞洞顶与天古崖隧道实际开挖面距离为 15.14m。

引水隧道和天古崖隧道三维模型图如图1所示。

图1 引水隧道和天古崖隧道三维模型图

1.2 施工方案

根据初步设计资料，隧道下穿既有天古崖隧道，埋深 15.14m，穿越段围岩类别为 IV 类，交叉段隧洞施工采用超前固结灌浆加喷锚支护，即采用F40、长3.5m 超前小导管注浆固结，环向间距 30cm，隧洞每循环开挖长度 IV 类围岩控0.7m，全区段采用长 2m、F25系统锚杆锚固，开挖后安装F20格栅钢架，喷射 10cm 厚 C20 混凝土，全断面采用 35cm 厚 C25 钢筋混凝土衬砌[2]。开挖时采取弱爆破，尽量减小对岩体扰动。

爆破采用控制爆破技术，根据交叉段的围岩类别在洞身施工段选取 1 个相似围岩级别循环段的开挖作试验段，对该段进行监控量测，在天古崖隧道洞内设置监控量测仪表，收集爆破质点振幅、拱顶下沉及边墙水平收敛、隧道围岩含水情况及导水情况、衬砌围岩之间的密实情况等参数，及时调整隧道施工参数，确保铁路运营安全。由于引水隧道断面小，无法采用台阶法施工，综合考虑采用一次性爆破开挖方法。施工中遵循“短进尺、弱爆破、强支护、勤量测、紧衬砌”的原则，施工中加强施工用水疏排，防止积水浸泡。

2 风险评估体系

2.1 评估对象目标

评估目标：风险评估识别潜在风险因素，确定等级并提出预防对策，降低风险发生概率，确保达到安全生产、保护环境等目的，后果或损失与评估目标关系[1]见表1。

表1 后果或损失与评估目标关系表

2.2 风险评价定级方法

R=P×C定级法是综合风险发生概率和风险后果的定级方法，其中R 为风险；P 为风险因素发生概率；C 为风险因素可能造成后果。建设项目风险因素定级步骤如下：

1)找出工程项目存在的各种主要风险因素。

2)借鉴类似建设项目风险管理的经验，结合实际工程，分析不同风险因素的发生概率P。

3)根据可能造成的后果，对人、环境和工程自身造成影响的程度，定量计算并划分后果等级C(灾难性、很严重、严重、较大、轻微)。

4)综合影响程度等级C和概率P，得出风险评估矩阵，确定风险等级后制定对应方案，合理控制风险因素。

2.3 风险指标体系

风险指标体系按风险因素与风险事件关系的结构关系确立，引黄工程总干 3#洞下穿段施工风险指标体系见表2，隧道施工阶段风险清单见表3。

表2 施工风险指标体系

表3 隧道施工阶段风险清单表

注：G-表示地质因素，D-表示设计因素。

3 初始风险评定

山西中部引黄工程总干3#洞下穿铁路岢瓦线天古崖隧道段的工程地质、水文地质及特殊地质进行统计分析，得出山西中部引黄工程总干 3#洞下穿铁路岢瓦线天古崖隧道段在不采取任何措施情况下的目标风险等级(初始风险等级表)，见表4[4]。

4 风险对策措施

4.1 塌方风险控制措施

1)施工中严格遵循“预探支、严注浆、短进尺、弱爆破、强支护、勤量测、紧衬砌、及时反馈”的施工原则[5]。

2)提高超前地质预报频次。掌子面前方围岩采取地质雷达进行中长距离预报，地质素描法进行短距离预报，指导超前支护和止水施工，不断优化支护参数和调整施工方法。

3)隧洞施工采用超前固结灌浆加喷锚支护，即采用F40、长 3.5m超前小导管注浆固结，环向间距 30cm，隧洞每循环开挖长度 IV 类围岩控制 0.7m，全区段采用长 2m、F25系统锚杆锚固，开挖后安装F20格栅钢架，喷射 10cmC20 混凝土，全断面采用 35cm 厚 C25 钢筋混凝土衬砌。

4)加强施工监控量测，对拱顶下沉、围岩收敛进行重点监控，及时整理分析，不断优化设计参数。当量测数据接近围岩收敛变形警戒值时，采取加强支护措施抑制变形，防止发生塌方。

5)施工方法的控制。全断面施工法中隧道洞身开挖以弱爆破为主，机械开挖为辅，减震爆破，严格控制开挖进尺，支护及时跟进。

6)严格控制开挖工序，特别是一次开挖进尺。严格按照施工方案和规范标准施工。

7)洞口应常备一定数量的应急救援器材，以备突发情况紧急使用。

表4 天古崖隧道段初始风险等级表

4.2 突水(泥、石)风险控制措施

1)施工中严格遵循“预探支、严注浆、短进尺、弱爆破、强支护、勤量测、紧衬砌、及时反馈”的施工原则。

2)采用超前地质预报系统、红外探水仪、钻机超前探孔等综合预测预报前方围岩，判断掌子面前方围岩情况，适时调整支护类型和二衬参数等。

3)根据软弱带围岩岩性、地下水分布，采用超前小导管注浆并预加固进行封堵，加固地层封堵逸水点。

4)配置合理的抽排水设备，使地下水按照管道预设方向排出，减少地下工程的渗水量。

4.3 既有隧道不利变形风险控制措施

1)隧洞施工采用超前固结灌浆加喷锚支护，即采用F40、长 3.5m 超前小导管注浆固结，环向间距 30cm，加固地层。开挖弱爆破减轻对天古崖隧道的影响。

2)施工过程中，实时监测天古崖隧道变形数据，包括：三维变形、地表下沉、结构应力应变、结构振动监测及衬砌质量监测。作为信息化施工的依据，及时调整隧道施工参数，确保天古崖隧道运营安全。

4.4 环境保护措施

1)隧道需按照环保、卫生规定和初步设计文件要求落实，根据地质地形、水文环境选择碴场弃置，原则上为荒地，不占或少占农田，设永久性挡护和排水系统，绿化弃碴表面，便于完工后实施碴场复耕。

2)根据地质勘察成果和环保要求，认真研究地下水处理方案。一般局部渗漏地下水采用小导管注浆封堵，对于岩溶与岩溶水采用超前预注浆堵水。施工中严格按注浆工艺施工及检查注浆效果，使预注浆达到设计要求。

3)隧道施工产生的污水须经净化处理后方可排放，不可直排。机械存放点、维修点等做好隔离沟，将废油、废水集中到隔油地，经处理后统一排放。

4)为避免隧道施工造成地下水流失，影响水文环境，采取“以堵为主、限量排放”的原则，采用超前帷幕注浆、径向注浆等，降低地下水扰动，减少地下水流失。

5)对于施工场地布置应统筹规划，分期安排；施工场地及便道设置不得恶化洞口工程条件。

4.5 投资风险控制措施

隧道施工安全风险和环境风险的复杂性，决定了工程投资实行动态管理的必然性，在保证安全风险得以有效控制的基础上，避免发生工程投资增大风险。严格执行规定，按项目管理试验室的方法组织现场进度、安全质量管理，保证现场规范可控。

4.6 工期风险控制措施

1)严格按针对性的施工方案进行施工，有效避免施工风险，在确保安全的前提下，有效推进施工生产。

2)综合围岩类别、工程地质、安全、经济、环保等因素，合理优化施工方案，提高施工效率，降低工期风险。

3)根据施工环境及方法，合理配备机具，有效组织施工人员，做好工序衔接，避免工序失衡。

5 结 论

新建隧道下穿施工影响隧道施工安全和既有线路的安全运营。文章通过对引黄工程下穿铁路岢瓦线天古崖隧道施工过程中的风险因素分析，认为引黄工程下穿铁路岢瓦线天古崖隧道风险等级为“高度”的事件适度采用工程措施，可将风险等级降为“中度”或“低度”。残留风险仍为中度的，施工时严格按照设计要求，制定专项预案及针对措施，加强施工监控量测，可确保工程建设的多个目标风险处于受控状态。