皖贛鐵路隧道設(shè)計階段地質(zhì)風(fēng)險評估探討

游勇根 祝建農(nóng)

1 工程概述

1． 1 工程簡述

皖贛鐵路自安徽省蕪湖市至江西省貴溪市，全長約570 km，北接寧蕪鐵路，南接浙贛鐵路和鷹廈鐵路，是溝通安徽、江西兩省的鐵路干線，為單線鐵路。

皖贛線電氣化改造工程為現(xiàn)狀電化，改線地段主要集中在寧國、績溪、浯溪口三段，長約62．1 km，其中隧道29座，總延長米為18．478 km，長隧道1座，長約5 521 m，中長隧道9座，短隧道19座。

1． 2 改線地段隧道主要工程地質(zhì)條件

1．2．1 地形地貌

構(gòu)造低山，山高坡陡，地形復(fù)雜，起伏大，沖溝發(fā)育，支溝縱橫，河溝曲折、狹窄，多呈“V”形，相對高差大于200 m。

1．2．2 改線段地層巖性

1．2．3 地質(zhì)構(gòu)造

改線段主要集中在寧國—景德鎮(zhèn)，其分布有休寧山字形構(gòu)造、障公山東西向構(gòu)造帶、皖浙贛多字形構(gòu)造，其中皖浙贛多字形構(gòu)造中之景德鎮(zhèn)—祁門斷裂帶由數(shù)十條較均勻排列的、彼此平行的北東向斷裂及少量北西向、近南北向及近東西向斷裂構(gòu)成。表現(xiàn)為巖體破碎、角礫巖發(fā)育，巖層多成擠壓狀態(tài)、產(chǎn)狀紊亂;在地形上形成幾十公里的深谷。多數(shù)為壓性的逆斷層，部分為具扭性的平移斷層。構(gòu)造線與線路多呈20°～30°斜交，涉及面廣。

改線段區(qū)內(nèi)新構(gòu)造活動較弱，表現(xiàn)為緩慢升降，區(qū)域地質(zhì)穩(wěn)定性較好。

1．2．4 地震動參數(shù)

三段改線段根據(jù)GB 18306-2001中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖，地震動峰值加速度小于0．05g;地震動反應(yīng)譜特征周期分區(qū)屬于Ⅰ區(qū)。

2 隧道風(fēng)險評估的基本程序

鐵路隧道工程風(fēng)險評估按照項目不同的建設(shè)階段可分為設(shè)計階段、施工階段、運營管理階段的風(fēng)險評估。在各階段中，按評估目標又可分為安全風(fēng)險、環(huán)境風(fēng)險、工期風(fēng)險、投資風(fēng)險及第三方風(fēng)險等。

設(shè)計是整個項目的關(guān)鍵，勘察是設(shè)計的源頭。風(fēng)險控制應(yīng)從設(shè)計源頭即在前期規(guī)劃和設(shè)計階段抓起，不應(yīng)人為的制造危險源。從源頭抓起，科學(xué)合理的做好鐵路隧道設(shè)計階段地質(zhì)因素的風(fēng)險評估，能最大限度的降低隧道各類風(fēng)險，降低工程造價，為后期施工及運營管理提供更大的便利條件，起到事半功倍的效果。本文依據(jù)皖贛線電氣化改造工程勘察和設(shè)計資料針對可研、初步設(shè)計兩個階段的隧道地質(zhì)因素風(fēng)險評估作一些探討。

2． 1 可行性研究階段風(fēng)險評估

可行性研究階段風(fēng)險評估主要是針對項目的安全、工期、投資、環(huán)境有重大影響的控制性隧道工程開展的。本階段可采用多種方法進行風(fēng)險識別，但由于初測階段隧道勘察資料重在滿足方案是否可行，初步評價隧道工程地質(zhì)條件，初測階段隧道工程地質(zhì)勘察實施勘探孔較少，通常采用調(diào)繪和物探方法。

因此本階段風(fēng)險評估一般采用專家調(diào)查法更經(jīng)濟、簡便、適用。風(fēng)險衡量和評價，采用定性的方法為主，在有條件的地區(qū)或是有詳細的地質(zhì)資料的情況下采用定性與定量相結(jié)合的方法則更好。

可行性研究階段的風(fēng)險因素分析見表1。

表1 可行性研究階段地質(zhì)風(fēng)險因素核對表

如績溪改線段社屋灣隧道，其起訖里程DK181+724～DK182+292，長568 m，在線路方案比選過程中發(fā)現(xiàn)隧道與F2斷層近距離并行通過。

在外業(yè)勘察采用專家調(diào)查法，通過收集相關(guān)地質(zhì)資料，并經(jīng)專家現(xiàn)場踏勘會診分析后，對線路提出繞避斷層方案，使線路遠離斷層，在斷層右側(cè)100 m～200 m位置通過，優(yōu)化了方案，規(guī)避了隧道的風(fēng)險。

因此，在初測和可研階段通過地質(zhì)風(fēng)險評估，提出相應(yīng)的勘察設(shè)計措施，盡可能規(guī)避和降低隧道初始風(fēng)險。

2． 2 初步設(shè)計階段風(fēng)險評估

初步設(shè)計階段應(yīng)根據(jù)可行性研究階段評估結(jié)果，結(jié)合定測階段的地層勘察資料和設(shè)計原則，對采用礦山法施工的塌方、瓦斯、突水(泥、石)、巖爆、大變形等隧道典型風(fēng)險進行評估。

初步設(shè)計階段應(yīng)根據(jù)隧道地質(zhì)縱斷面情況分段評估，確定初始風(fēng)險(典型風(fēng)險)等級，提出相應(yīng)的設(shè)計措施。

2．2．1 定測勘察成果

定測階段在做好地質(zhì)調(diào)繪和物探工作基礎(chǔ)上，在隧道的進出口、洞身淺埋段、斷層位置以及巖堆上進行鉆探，了解隧道的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件，以進一步核對隧道的初始風(fēng)險。定測階段完成工作量見表2。

表2 隧道完成主要勘察工作量

2．2．2 設(shè)計原則

皖贛電氣化改建工程新建隧道圍巖及占比統(tǒng)計見表3。

表3 新建隧道圍巖及占比統(tǒng)計表

隧道施工按新奧法原理組織設(shè)計與施工，施工方法主要有短臺階法、臺階法、全斷面法。新奧法是礦山法施工中的一種，因此隧道風(fēng)險評估主要采用礦山法施工風(fēng)險因素核對表來核對。

2．2．3 地質(zhì)風(fēng)險因素識別

依據(jù)設(shè)計原則和隧道定測勘察資料，采用核對表法對隧道的初始風(fēng)險進行識別，初步設(shè)計階段地質(zhì)風(fēng)險因素識別見表4。

表4 礦山法施工地質(zhì)風(fēng)險因素核對表

3 隧道風(fēng)險分析與評估和應(yīng)用

3． 1 風(fēng)險識別方法

隧道風(fēng)險識別首先確定風(fēng)險的來源并分類，建立適合的風(fēng)險體系。風(fēng)險識別有核對表法、專家調(diào)查法、頭腦風(fēng)暴法和層次分析法等，本次定測和初步設(shè)計階段主要采用核對表法來進行隧道風(fēng)險因素識別。

核對表法是在系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)上，找出所有可能存在的風(fēng)險，然后以提問的方式將這些風(fēng)險因素列成表格進行核對的一種方法。

一般步驟如下:

1)將工程風(fēng)險系統(tǒng)分解為若干個子系統(tǒng);

2)運用事故樹，找出引起風(fēng)險事件的風(fēng)險因素，作為檢查表的基本檢查項目;

3)針對風(fēng)險因素，查找有關(guān)控制標準或規(guī)范;

4)根據(jù)風(fēng)險因素的風(fēng)險等級，依次列出風(fēng)險清單。

3． 2 事故發(fā)生概率的等級標準

鐵路隧道風(fēng)險分級包括事故發(fā)生概率的等級標準、事故發(fā)生后果的等級標準和風(fēng)險的等級標準。

本文主要探討初步設(shè)計階段地質(zhì)因素的初始風(fēng)險，其事故發(fā)生概率按表5核對。

表5 事故發(fā)生概率等級標準

3． 3 隧道風(fēng)險評估案例分析

采用核對表法，對由風(fēng)險因素引起的風(fēng)險事件進行風(fēng)險來源確定，并判斷出事故發(fā)生的概率，作出初始風(fēng)險判斷。

1)獨山隧道。獨山隧道位于寧國市獨山村附近，起訖里程DK105+761～DK111+347，全長5 521 m，洞身最大埋深約157 m;地貌為丘陵，最高點海拔約273．0 m，相對高差70 m～170 m，坡度30°～50°。植被較發(fā)育，多為灌木叢(見表6)。

表6 獨山隧道初始風(fēng)險評估表

DK105+761～DK106+040，長279 m，隧道進口，淺埋段，節(jié)理、裂隙發(fā)育，巖體較破碎。地質(zhì)風(fēng)險事件是由巖性及風(fēng)化程度引起的塌方。

DK106+850～DK107+070，長220 m，線路經(jīng)過F109竹峰鋪斷層，產(chǎn)狀不明，節(jié)理發(fā)育，巖體破碎。地質(zhì)風(fēng)險事件是由構(gòu)造引起的塌方、突水等。

DK109+959～DK110+029，長70 m，隧道洞身淺埋段，弱風(fēng)化泥質(zhì)、鈣質(zhì)頁巖，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體較破碎。地質(zhì)風(fēng)險事件是由巖性及風(fēng)化程度引起的塌方。

DK110+764～DK110+859，長95 m，隧道洞身淺埋段，弱風(fēng)化泥質(zhì)、鈣質(zhì)頁巖，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體較破碎。地質(zhì)風(fēng)險事件是由巖性及風(fēng)化程度引起的塌方。

DK111+320～DK110+347，長27 m，隧道出口，巖性為弱風(fēng)化泥質(zhì)、鈣質(zhì)頁巖，由于當?shù)匕傩詹墒?，廢棄的巖石堆積而成巖堆。地質(zhì)風(fēng)險事件是由巖堆引起的塌方。

2)洪福村隧道。洪福村隧道位于績溪縣洪福村，起訖里程為DK182+624～DK182+873，全長249 m，洞身最大埋深約33 m，最小埋深約4 m，剝蝕低山區(qū)，地形起伏較大，相對高差約40 m，自然坡度約30°～50°，植被發(fā)育，辟為茂密灌木及杉木、竹林(見表7)。

表7 洪福村隧道初始風(fēng)險評估表

DK182+624～DK182+660，長 36 m，隧道進口，淺埋段，節(jié)理、裂隙發(fā)育，巖體較破碎，含煤層。地質(zhì)風(fēng)險事件是由不良地質(zhì)煤層和溶洞引起的塌方、突水。

DK182+660～DK182+837，長177 m，隧道洞身和淺埋段，巖性為含煤層炭質(zhì)灰?guī)r，節(jié)理、裂隙發(fā)育，巖體較破碎。地質(zhì)風(fēng)險事件是由煤層和淺埋引起的塌方。

DK182+837～DK182+873，長 36 m，隧道出口，淺埋段，節(jié)理、裂隙發(fā)育，巖體較破碎，含煤層。地質(zhì)風(fēng)險事件是由不良地質(zhì)煤層和溶洞引起的塌方、突水。

4 結(jié)語

本文基于皖贛線隧道地勘、設(shè)計資料，采用專家調(diào)查法、核對表法對可研、初步設(shè)計階段隧道的初始風(fēng)險進行識別并作事故發(fā)生概率等級評價。1)可行性研究階段采用專家調(diào)查法，對重大和地質(zhì)復(fù)雜的隧道工程進行風(fēng)險評估，在此基礎(chǔ)上，針對重大地質(zhì)風(fēng)險因素，結(jié)合地質(zhì)選線原則，優(yōu)化隧道方案，規(guī)避和降低隧道風(fēng)險。2)初步設(shè)計階段隧道風(fēng)險評估應(yīng)用核對表法，該方法能消除或降低忽視某些風(fēng)險因素的可能性，是風(fēng)險識別的一種有效和可靠方法。3)依據(jù)地勘資料、設(shè)計資料等分析，得到隧道初步設(shè)計階段存在的重大安全風(fēng)險事件有:洞口安全、塌方、突水、斷層、含煤層、淺埋段、巖堆等。4)通過對皖贛鐵路電氣化改造工程初步設(shè)計階段重大安全風(fēng)險事故的分段評估，分析了隧道各區(qū)段風(fēng)險事故的概率等級和風(fēng)險源，并對各風(fēng)險事件風(fēng)險因素進行了排序，依次提出了初始風(fēng)險概率等級，為隧道風(fēng)險設(shè)計提供了依據(jù)。

［1］ 鐵道部鐵建設(shè)［2009］200號，鐵路隧道風(fēng)險評估與管理暫行規(guī)定［S］．

［2］ TB 10012-2007，鐵路工程地質(zhì)勘察規(guī)范［S］．

［3］ TB 10003-2005，鐵路隧道設(shè)計規(guī)范［S］．

［4］ GB 18306-2001，地震動參數(shù)區(qū)劃圖［S］．

［5］ 中鐵上海設(shè)計院集團有限公司．皖贛線電氣化改造工程初步設(shè)計文件［Z］．上海:中鐵上海設(shè)計院，2010．