公路隧道施工安全总体风险评估指标体系不足分析及改进措施

黄和江HUANG He-jiang；芮春明RUI Chun-ming

（①云南云岭公路工程注册安全工程师事务所有限公司，昆明 650000；②云南众云工程技术咨询有限公司，昆明 650000）

0 引言

近年来，我国基础设施建设不断发展，高速公路建设速度不断加快，为满足高速公路线型及行车舒适性等要求，隧道工程的需求量越来越大。随着高速公路的迅猛发展，普通的中隧道和长隧道已不能满足高速公路的需求，现在正在向特长隧道、长大隧道发展，目前，国内在建的和已经建成的公路特长隧道已不在少数。因建设环境复杂多变、施工条件恶劣、不安全因素变化频繁、安全事故诱因参差错落和从业人员流动变化大等因素，我国公路隧道施工事故发生的频率也在逐年上升。多年来隧道工程建设过程中安全事故呈现“易发、高发、多发”等特点，社会影响极大。我国各区域地形地质条件复杂多变，长大、深埋、坍塌、大变形等问题日益凸显，隧道施工安全面临严峻挑战。为加强隧道工程施工安全风险预控管理，有效防范施工安全事故发生，有效降低隧道施工事故发生概率，在隧道工程开工前开展隧道工程施工安全风险评估工作，对隧道施工风险进行有效预判，是保障隧道施工安全和工程质量必不可少的前置条件。通过隧道工程施工安全风险评估，低风险和中风险的隧道工程，不需或只需采取简单的风险控制措施；极高风险的隧道工程，则需采取复杂、有效的风险管控措施和技术处理措施将风险降低至可接受的范围内。在施工阶段推行隧道工程施工安全风险评估工作，有利于增强隧道风险管理意识，优化施工方案，提高施工安全风险辨识和防控能力。

2011 年交通运输部出台了《指南》，《指南》的实施和推行，一定程度上提高了工程项目的风险防控意识，加强了施工安全风险管控工作，风险管控效果明显。但执行过程中，仍存在管理程序不规范、风险评估准确性不高、后期结果应用效果不佳等问题。本文根据近些年风险评估工作开展经验，针对隧道工程施工安全风险评估工作开展过程中，隧道施工安全总体风险评估结果准确性不高的问题，从隧道施工安全总体风险评估指标体系入手，分析隧道施工安全总体风险评估指标体系的不足及改进措施。

1 总体风险评估指标体系现状

总体风险评估是以整个隧道工程为评估对象，根据设计阶段设计图纸提供的隧道设计地质、开挖断面、隧道全长、洞口形式、洞口特征等几项指标，结合类似结构工程安全事故情况，采用指标体系法静态评估隧道工程施工的整体风险，确定其施工安全总体风险等级并提出控制措施和建议。评估结论可为配置工程项目的人员和装备等资源、决定是否开展专项风险评估等方面提供决策依据和技术支持，为隧道工程施工安全总体风险进行分级管理提供依据。

总体风险评估应尽可能收集原有的地质勘察、施工图设计、水文气象、设计阶段风险评估等资料。此外，现场调查也是重要的工作内容，评估小组应对隧道沿线的地形环境条件、地表水体分布情况、洞口特征、周边建（构）筑物分布情况等进行详细调查，为指标体系的取值提供依据和参考。

根据现行《指南》要求，隧道工程施工安全总体风险评估采用的指标体系如表1 所示。

表1 隧道工程施工安全总体风险评估指标体系简明要素表

根据《指南》推荐，隧道工程施工安全总体风险大小计算公式为：R=G（A+L+S+C）

计算得到总体风险值R 后，对照表2 确定隧道工程施工安全总体风险等级。

表2 隧道工程施工安全总体风险分级标准表

根据隧道工程施工安全总体风险评估指标体系表可以看出，隧道工程施工安全总体风险评估主要考虑隧道地质情况、开挖段面、隧道全长、洞口形式和洞口特征五项指标，其中地质情况主要考虑的是Ⅴ、Ⅵ级围岩占比、瓦斯含量和富水情况三个方面的因素。瓦斯含量主要考虑的是出现瓦斯的可能性，富水情况主要考虑的是隧道洞身出现涌水突泥地质的可能性大小。根据近年来隧道工程施工安全总体风险评估情况，隧道工程总体风险大小的影响因素较多，目前的指标体系不能全面的、合理的评估出隧道施工安全的总体风险大小，风险评估准确性不高。

2 指标体系的主要不足

2.1 围岩情况

隧道工程地质条件复杂多样，围岩变化频繁。不同的区域，工程地质条件不一样。目前《指南》中的指标体系主要考虑的是Ⅴ、Ⅵ级围岩占比。从实际评估情况来看，目前设计上基本没有出现过Ⅵ级围岩，最差的围岩级别为Ⅴ级围岩。因此，在指标体系中，考虑Ⅵ级围岩占比对指标体系的评估意义不大。除此之外，还有一些影响隧道工程施工安全的因素未在评估指标体系中考虑，如隧道洞身不良地质情况，不良地质是由各种地质作用和地质构造运动等作用而形成的不良工程地质情况。在隧道工程施工过程中，如果开挖、支护处理不当，极易引起安全事故，影响质量，拖延工期，对隧道工程顺利推进造成不利影响。不良地质包括高地应力、岩溶、断裂破碎带、软弱黄土地层、膨胀土地层、岩爆、风积沙、富水软弱围岩、涌水突泥地层、高地温地层等，这些也是影响隧道施工安全的关键因素和主控因素，直接影响隧道总体风险等级评估的准确性。一些长隧道和特长隧道，Ⅴ级围岩占比不到20%，但隧道洞身深埋或洞身岩溶发育，存在大小不一的溶洞，或者是Ⅴ级围岩连续长度达到上千米的情况，这些因素都将严重影响隧道洞身施工安全，施工风险极大。严格按照现有隧道工程施工安全总体风险评估指标体系评估，可能总体风险等级评估结果评估为Ⅱ级（中度风险），这样的评估结果未能全面、客观、实际的反应隧道的总体风险等级，导致评估结果不准确。评估结果不能有效的运用指导下一步隧道工程安全施工生产。

2.2 瓦斯含量

隧道开挖穿越煤系地层或油气层或油气构造时，贮存在煤、岩体内的部份瓦斯就会离开煤、岩体而涌入隧道空间，这种现象称瓦斯涌出。瓦斯从崩落的煤炭及隧道帮壁、岩层的暴露面上，通过细小的孔隙缓慢而长时间的放出。是隧道瓦斯涌出的主要形式，涌出范围广，时间持续长，数量相对稳定。当煤层或岩层中含有大量瓦斯，隧道揭露时这些瓦斯在一定条件下可能会在短时间内突然地大量涌出，称为瓦斯喷出。如果喷出的瓦斯中还伴有煤粉、煤块或岩石，则叫做煤（岩）与瓦斯突出。瓦斯喷出和煤与瓦斯突出都是瓦斯涌出的特殊形式，并伴有明显的动力效应。瓦斯特殊涌出的范围是局部的，时间过程较短，瓦斯涌出量大，突然性，往往造成极大危害。

地质指标中的瓦斯含量，主要考虑隧道洞身地层中是否会存在瓦斯以及瓦斯出现的可能性大小。这一指标过于单一，考虑因素较为片面。大家知道，隧道工程均为地下工程施工，目前公路隧道施工开挖主要还是以传统的矿山法为主。特别是深埋隧道，围岩地质可能是经历上百年甚至上千年的地质构造演变而来，地质中含有复杂多样的成分，有的成分经过长时间的变质作用很可能产生各种有毒有害气体。比如，隧道洞身地质中存在石膏矿，那么隧道洞身开挖过程中，在石膏矿段落就可能出现二氧化硫气体。由于隧道洞身围岩地质的复杂性，隧道洞身开挖过程中还可能出现一氧化碳、氮氧化物、硫化氢等有毒有害气体。这些气体的出现无疑大大提高了隧道施工的风险。

针对目前指标体系中考虑的瓦斯含量，在隧道过程实际施工过程中，一般情况下隧道洞身开挖遇到煤层可能存在瓦斯的情况，除此之外，其他地质条件下出现瓦斯的概率较小，更多的可能还存在其他的有毒有害气体，有毒有害气体超标，很可能对施工作业人员生命安全造成伤害。因此，针对瓦斯含量这一指标，建议扩大范围，从有毒有害气体角度考虑，按照有毒有害气体分类，并根据含量范围以量化的方式来确定具体赋值，提高赋值的准确性和评估结果的可信度。

2.3 富水情况

围岩遇水降级，这已是隧道工程施工的共识。往往很多隧道工程问题，可能大部分都与水的活动和作用有关。隧道工程施工过程中常出现的坍塌冒顶、涌水突泥等，大部分都是由于地表水以及地下水的水力联系作用引发的，特别是涌水突泥，更是与水紧密相关。

在《指南》的评估指标体系中，富水情况指标分类描述主要为隧道洞身是否含有涌水突泥地质以及含有涌水突泥地质成分的多少，考虑较单一，其本质上地下水的预测涌水量也尚未考虑。实际上，隧道洞身发生涌水突泥，其根源应该考虑两个因素的影响，一是水的问题，二是地质问题。两个条件同时具备，这才是发生涌水突泥的基础。但是，这两个基础条件都具备，也不一定发生涌水突泥。原因在于还要看水的表现。如果水量不大，也不会发生涌水突泥。如果水量较大，特别是水头压力较高的情况下，在水的动力作用下就会开辟出一条地下水排泄的通道，原有的平衡环境将被打破，发生涌水突泥。这是涌水突泥发生的一个简单机理。由此可以看出，这两个条件具备以后，再考虑涌水突泥地质的地层岩性和工程特性，同时还有含水量的大小，两个条件组合，才能综合考虑涌水突泥发生的可能性，确定最终的风险赋值。因此，单一考虑富水量或者是涌水突泥地质判定涌水突泥可能性，这是片面的，不合理的。

2.4 开挖断面

指标体系中开挖段面指标主要考虑的是分离式隧道的洞身开挖断面。实际上，分离式隧道洞身开挖，两洞掌子面的影响是非常小的。但是，小净距隧道和连拱隧道则不一样，两洞掌子面的施工距离对两洞施工安全影响较大。一般规定：小净距隧道先行洞与后行洞掌子面错开距离应大于2 倍隧道开挖宽度，连拱隧道左、右两洞开挖掌子面错开距离宜大于30m。因此，小净距隧道和连拱隧道左、右洞掌子面距离直接影响隧道施工安全，在开挖段面指标中，未考虑这一因素的影响。

2.5 洞口特征

隧道洞口进洞施工是隧道施工的第一步，也是隧道施工安全控制的重点环节，特别是存在严重浅埋、偏压的隧道，或者是涉及运营铁路、高速公路的隧道洞口，施工安全风险极大。现行指南将洞口特征分为2 类：一类是隧道进口施工困难，另一类是隧道进口施工较容易。分类过于简单，在实际评估过程中，首先指标体系本身带有很强的模糊性，不同的评估人员也带有很强的主观性，导致最终的指标体系赋值存在较大差异。主要表现如下：现行指标体系单一从施工便道难易、地形特点等方面考虑，完全不能较为准确、全面地判断洞口施工的难易程度。在实际施工过程中，洞口与自然坡面交角、埋深、偏压、洞口是否存在软基等亦是影响洞口能否安全进洞的关键因素。

3 改进措施

①针对围岩情况这一指标，建议作进一步的细化。综合考虑高地应力、岩溶、断裂破碎带、软弱黄土地层、膨胀土地层、岩爆、风积沙、富水软弱围岩、涌水突泥地层、高地温地层、Ⅴ级围岩连续长度、围岩强度应力比等不利因素，各项指标进行细化赋值。

②瓦斯含量建议修改为有毒有害气体。在有毒有害气体大类下，细化有毒有害气体的种类，根据有毒有害气体含量以及对人体的伤害程度进行量化赋值。从勘察设计阶段入手，进一步细化地质勘察工作，勘探查明隧道施工区域的地质岩性，明确是否存在有毒有害气体，如果存在有毒有害气体应具体列出有毒有害气体的名称、大概含量、部位，并在施工图中明确相应的安全注意事项和处治措施。在评估指标体系中，根据有毒有害气体情况和处治的难易程度、成本费用等因素综合考虑，分类设置取值区间。

③富水情况建议考虑水量、水压，同时对涌水突泥地质进行细化分类，列出可能发生涌水突泥的地质及围岩状态。通过水和地质两种因素的组合，分别对其进行量化赋值，最终确定富水情况分值。

④开挖断面应考虑小净距隧道和连拱隧道掌子面施工错距的影响。通过工程试验和实践经验，初步确定不同掌子面施工错距条件下，后行洞对先行洞的影响程度、影响形式和影响大小，根据影响结果分类量化赋值。

⑤洞口特征指标体系应考虑洞口周边环境、洞口轴线方向与自然坡面交角、埋深、偏压、洞口是否存在软基等因素。洞口邻近建（构）筑物、既有线、交通道路等，对洞口施工存在影响，造成进洞施工较难。隧道洞口周边地质、水文条件复杂，或者是洞口在汇水区，进洞施工选择在雨季等，这些因素都会造成洞口施工困难。除此之外，隧道洞口形式有水平洞、斜井和竖井，建议针对洞口特征单项指标，按上述三类洞口形式分类分别评估，提高洞口评估指标体系的针对性、适用性和可信性。因此，应对洞口特征指标进行细化，根据不同的影响因素对指标给定不同的取值区间，制定取值规则，综合分析影响因素对洞口施工安全的影响大小，分别进行排序赋值。

⑥在施工过程中，为保证隧道的顺利施工，建议引入隧道动态风险评估。根据隧道开挖揭露洞身围岩情况，同时，结合超前地质预报结果，如果前方围岩条件和环境与设计存在较大出入，通过开展隧道动态风险评估，进一步评估出隧道前方重大风险源的风险等级。以便更好的指导隧道施工安全生产。如此，不但可以弥补前期勘察设计阶段的不足，同时也对施工阶段开展的风险评估做了一个有效的补充，更有利于指导现场施工。当然，动态风险评估开展的前提是准确的研判掌子面和前方围岩地质岩性，确定围岩分级，这是开展动态风险评估的主要依据。

4 结语

隧道工程施工安全风险大，不可控因素较多，施工前进行施工安全风险评估，对施工安全风险进行有效预判，对有效防控和降低施工安全事故的发生具有重要意义。因此，《指南》中的隧道工程评估指标体系应结合工程实际情况，同时调研分析各省风险评估工作开展情况和开展过程中发现的不足和困难，及时进行优化、调整和完善，提高评估结果的准确性，以便运用评估结果更好的指导公路隧道现场施工安全管理。