基于风险的不良地质铁路山岭隧道施工安全管理研究

杨明华

（铁科院（北京）工程咨询有限公司，北京 100081）

1 引言

岩堆、软岩大变形、岩溶及富水断层、煤层、高地应力等不良地质对隧道施工安全影响大，对施工人员安全等造成了极大威胁[1]。近年来，我国陆续发布了《安全生产法》（2021 年修正）[2]、《关于进一步加强隧道工程安全管理的指导意见》[3]等文件，要求进一步压实安全生产责任，强化重大风险管控，有效防范隧道施工安全事故发生。在此情形下，开展基于风险的不良地质铁路山岭隧道施工安全管理研究，对于确保隧道施工安全意义重大。

针对隧道施工风险的安全管理，相关学者已开展大量研究。朱晓宁等[4]揭示了隧道施工风险事故与风险源之间的关系，开展了施工阶段隧道风险源辨析和评估研究。王仕春等[5]从风险源头的防控着手，开展以风险管控为主的安全管理体系建立研究。陈钒等[6]基于安全风险，开发了隧道监控信息化系统。桑运龙[7]构建了风险动态评估与隐患排查的公路隧道施工安全管控体系，借助移动终端和数字化平台，实现隧道施工安全风险源的快速采集和动态管理。夏润禾等[8]通过对软弱地质围岩大断面隧道施工安全潜在风险的分析研究，论述了施工安全风险防范措施，提出了建立隧道灾害事故应急救援体系和组织演练的重要性。

隧道施工风险与事故发生有直接的因果关系，风险源失控会演变成事故隐患，事故隐患得不到治理，就会发生事故。通过基于风险的隧道施工安全管理，能及时发现施工过程中存在的风险，分析风险严重程度和成因，制定落实控制对策措施，可确保施工安全。本文简述了风险管理的概念，梳理了铁路山岭隧道施工不良地质风险控制要点，结合郑渝高铁向家湾隧道安全管理实践，研究提出了安全风险管理有关建议。

2 风险管理的概念

风险管理是指通过风险识别、风险估计和风险评价，采用各种风险管理技术，对风险实施有效的控制和妥善处理风险所致的后果，期望达到以最少成本获得最大安全保障的目的，基本内容包括风险分析、风险评价和风险控制，并应遵循闭环、动态、分级、多层次等控制原则[9]。

3 隧道施工不良地质风险控制要点

铁路山岭隧道施工主要有岩堆、顺层偏压、软岩大变形、岩溶及富水断层、煤层、高地温、高地应力等不良地质因素，如果处理不当，极易造成危岩落石、塌方、岩爆、突水突泥、瓦斯爆炸等安全事故。隧道施工过程中，要重点做好以下工作[10]。

（1）根据工程地质条件、施工方法、施工工艺以及设备、材料等，结合施工进度，动态开展风险管理工作。

（2）应落实各项风险控制措施，开展隧道洞口边仰坡工程、不良地质洞口及洞身段工程等风险控制措施实施效果评估，开展软岩大变形、富水、高瓦斯、高地应力、高地温等不良地质施工安全风险评估。

（3）施工阶段结合工程建设工期及进度安排，开展工程施工组织设计及技术方案风险评估。对已识别风险进行跟踪，对新出现的风险进行识别，当施工阶段施工中风险因素、风险等级发生重大变化时，应重新进行风险评估，调整和完善风险控制措施。

（4）施工阶段应建立现场风险管理制度及组织机构，完善现场施工安全防范措施，制定应急救援预案，储备抢险物资，并适时开展应急演练。

（5）施工现场应建立风险监控和预警预报体系，将监控量测、超前地质预报纳入施工工序管理。确定合理的工程监测方案、预警阈值，及基于监测结果的风险预警等级和重大事故隐患判定标准，并建立与风险处理措施的对应关系。若发现异常或监测指标超过预警阈值，及时采取风险处理措施。

（6）风险事件处理结束后，及时开展风险后评价，对风险管理工作的效果进行确认和评价，总结风险管理过程中的经验教训，形成闭环管理。

4 向家湾隧道施工安全管理

4.1 隧道概况

郑渝高铁向家湾隧道位于湖北省兴山县南阳镇境内，全长4 663 m，最大埋深1 025 m。隧址范围地貌区划属秦岭大巴山体系，为岩溶剥蚀中山地貌区。区内山地地势北高南低，山顶浑圆，河谷纵横，地形切割深，地势起伏较大，垂直隧道走向的冲沟、溪谷发育。不良地质为危岩落石、岩堆、岩溶、瓦斯，隧道施工中存在的主要风险是危岩落石、塌方、突水突泥、有害气体，如图1 所示。

图1 向家湾隧道工程地质纵断面图

4.2 施工安全管理过程

建设单位是责任主体，结合项目实际情况建立了安全管理体系，并构建风险管理机制，明确了施工、监理、设计等参建单位和人员管理责任，建立安全风险信息管理系统。施工过程中，监督施工、监理单位落实设计风险防控措施，开展了施工工点安全评估、现场检查督导等工作，如图2 所示。

图2 建设项目安全管理体系组织架构图

4.3 突水事件处置案例

2019 年2 月28 日凌晨6:40，向家湾隧道平导掌子面里程PDK585+514，初期支护施工至PDK585+509。对掌子面和周边围岩进行了初喷封闭，准备施做下一循环超前探孔时，掌子面拱部左侧出现掉块塌落，如图3 所示。3月1 日凌晨2 : 35，掌子面拱部掉块处出现线状滴水，初喷混凝土出现剥落，并伴有拱部围岩掉块。几个小时后，掉块持续，水流由线状发展为股状，如图4 所示，水质起初混浊后逐渐清澈，涌水量稳定在每小时260 m3左右。

图3 PDK585+514 掌子面拱部左侧掉块

图4 PDK585+514 掌子面股状水

当日，建设单位组织设计、施工图审核、监理、施工等参建单位对掌子面异常情况进行现场勘察，形成了动态五方会审纪要，出具了处理方案：暂停施工，加强观察；对掌子面后方20 m 范围内监控量测及涌水量观测，评价围岩监控量测数据稳定、涌水量稳定后，对掌子面后方初支钢架加大参数、加密间距及对拱墙径向注浆补强，对掌子面前方增强超前支护措施，并在出水点初支背后埋设排水管等针对性工程措施。施工单位严格落实了针对性工程措施，监理单位也加强了超前支护、初期支护等工序的过程监督。至2019 年4 月28 日，完成了平导PDK585+509～PDK585+544 段岩溶整治施工，该段突水风险事件顺利处置完成。

4.4 安全管理成果

向家湾隧道开工以来，穿越大小岩溶、溶腔、突水等不良地质10 余次，穿越 “水帘洞”涌水地段16 次，未发生任何安全事故，于2020 年5 月4 日顺利贯通。各参建单位认真履行了 安全生产主体责任，落实了设计风险防控措施，开展了施工现场安全措施落实检查督导等工作，取得主要成果如下。

（1）充分利用超前预报和围岩监控量测、有害气体监测等手段，及时对隧道掌子面前方地质情况进行探测，及时确定针对性工程措施。

（2）以平导超前施工实现超前地质预报，研判正洞围岩及涌水量，随时调整开挖方法的施工方案。向家湾隧道平导施工期间多次揭示不良地质的实践表明：对于极高风险隧道，设置超前平导是化解正洞不良地质风险的有效手段。

（3）充分发挥风险管理平台作用，建立风险源清单和风险预警、响应及信息报送机制，及时识别、分析和处理风险源，消除安全隐患。

（4）制定针对性工程措施，尤其在岩溶突发区段，采取加强初支参数、拱墙径向注浆、超前大外插角小导管注浆等加固围岩措施，软弱围岩地段根据变形量预留双层套拱施做空间预防侵限风险，保证了隧道施工顺利通过，也确保了后期运营安全。

5 结论与建议

5.1 建立安全生产管理体系

①成立安全生产组织机构，配备安全生产管理人员，落实各参建单位全员安全生产责任制；②建立健全安全生产管理制度，包括安全检查考核制度、安全生产教育培训制度、安全技术措施交底制度、现场风险源管理制度等；③完善现场安全管理制度，建立隧道关键工序监理人员、施工安全人员旁站验收制度，严格控制洞内高危险作业点位人员数量，提高隧道施工机械化、智能化水平，严防人员聚集增大事故风险；④落实领导包保责任，各参建单位明确现场包保领导和专业工程技术人员，落实包保责任，其中高风险工点必须有项目主要负责人进行包保，确保及时处理安全隐患。

5.2 强化安全生产过程控制

①严格把控施工方案编制和审查质量，要求施工单位组织有资质单位认真编制分部分项工程专项方案，并对超过一定规模的危险性较大分部专项工程方案组织专家审查论证；②加强过程控制，实行施工单位项目部负责人跟班作业制度，设计现场配合机构、监理单位主要负责人要每周对施工现场安全措施落实情况进行监督检查；③严格落实安全风险点技术措施，针对不同安全控制要点，制定针对性工程措施，并严格落实；④加强风险监测，将超前地质预报、监控量测纳入施工工序管理，通过对工程自身结构、环境风险的全面监控，提前识别和预测地质风险因素，保证施工安全。

5.3 提高安全风险管理信息化应用水平

①建立风险管理信息化平台，监理、施工人员每天上报风险管理排查情况，实现风险动态管理与隐患快速排查，及时识别、处理风险源，消除安全隐患；②开发交互式施工安全风险管控平台，该平台可以实时获取隧道超前地质预报和围岩监控量测结果，从而实时掌握掌子面前方地质情况，同时，该平台可以监控隧道围岩变形和初支应力、水量、有害气体浓度变化，一旦出现异常情况，平台将及时发出预警、消除安全隐患；③做好视频监控及隧道进洞人员信息化管理，在隧道的正洞口、平导洞口等安全敏感点设置全天候远程视频监控，现场监控系统分别与施工单位项目部安全生产监视指挥中心、建设单位实时远程视频系统平台相连，并具有记录追溯功能。

5.4 提高重大风险防范和应急处置能力

①完善相关法规标准，研究制定隧道工程项目管理人员的资质能力要求、配备规定和从业规范，完善不良地质环境条件下隧道施工重大事故隐患判定标准，提高现场安全管理能力和工作效率；②严格把控施工现场重大风险，落实安全风险评估制度，严格论证重大风险方案变更审查程序；③提高应急处置能力，对项目环境、工程等方面存在的重大危险源或危险因素，制定突发事件总体应急预案，对残留风险较高的塌方、涌水涌泥、有害气体突出等风险事件，划分预警分级，编制专项应急救援预案，定期开展应急演练。