皖贛鐵路隧道設計階段地質風險評估探討

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條件

1．2．1 地形地貌

構造低山，山高坡陡，地形復雜，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 地質構造

改線段主要集中在寧國—景德鎮(zhèn)，其分布有休寧山字形構造、障公山東西向構造帶、皖浙贛多字形構造，其中皖浙贛多字形構造中之景德鎮(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。構造線與線路多呈20°～30°斜交，涉及面廣。

改線段區(qū)內(nèi)新構造活動較弱，表現(xiàn)為緩慢升降，區(qū)域地質穩(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;地震動反應譜特征周期分區(qū)屬于Ⅰ區(qū)。

2 隧道風險評估的基本程序

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

設計是整個項目的關鍵，勘察是設計的源頭。風險控制應從設計源頭即在前期規(guī)劃和設計階段抓起，不應人為的制造危險源。從源頭抓起，科學合理的做好鐵路隧道設計階段地質因素的風險評估，能最大限度的降低隧道各類風險，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計資料針對可研、初步設計兩個階段的隧道地質因素風險評估作一些探討。

2． 1 可行性研究階段風險評估

可行性研究階段風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條件，初測階段隧道工程地質勘察實施勘探孔較少，通常采用調(diào)繪和物探方法。

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

可行性研究階段的風險因素分析見表1。

表1 可行性研究階段地質風險因素核對表

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，通過收集相關地質資料，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100 m～200 m位置通過，優(yōu)化了方案，規(guī)避了隧道的風險。

因此，在初測和可研階段通過地質風險評估，提出相應的勘察設計措施，盡可能規(guī)避和降低隧道初始風險。

2． 2 初步設計階段風險評估

初步設計階段應根據(jù)可行性研究階段評估結果，結合定測階段的地層勘察資料和設計原則，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險進行評估。

初步設計階段應根據(jù)隧道地質縱斷面情況分段評估，確定初始風險(典型風險)等級，提出相應的設計措施。

2．2．1 定測勘察成果

定測階段在做好地質調(diào)繪和物探工作基礎上，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和水文地質條件，以進一步核對隧道的初始風險。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，因此隧道風險評估主要采用礦山法施工風險因素核對表來核對。

2．2．3 地質風險因素識別

依據(jù)設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險進行識別，初步設計階段地質風險因素識別見表4。

表4 礦山法施工地質風險因素核對表

3 隧道風險分析與評估和應用

3． 1 風險識別方法

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

核對表法是在系統(tǒng)分析的基礎上，找出所有可能存在的風險，然后以提問的方式將這些風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，找出引起風險事件的風險因素，作為檢查表的基本檢查項目;

3)針對風險因素，查找有關控制標準或規(guī)范;

4)根據(jù)風險因素的風險等級，依次列出風險清單。

3． 2 事故發(fā)生概率的等級標準

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

本文主要探討初步設計階段地質因素的初始風險，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 隧道風險評估案例分析

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

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。地質風險事件是由巖性及風化程度引起的塌方。

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。地質風險事件是由構造引起的塌方、突水等。

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

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

DK111+320～DK110+347，長27 m，隧道出口，巖性為弱風化泥質、鈣質頁巖，由于當?shù)匕傩詹墒?，廢棄的巖石堆積而成巖堆。地質風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。地質風險事件是由不良地質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，巖性為含煤層炭質灰?guī)r，節(jié)理、裂隙發(fā)育，巖體較破碎。地質風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。地質風險事件是由不良地質煤層和溶洞引起的塌方、突水。

4 結語

本文基于皖贛線隧道地勘、設計資料，采用專家調(diào)查法、核對表法對可研、初步設計階段隧道的初始風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，對重大和地質復雜的隧道工程進行風險評估，在此基礎上，針對重大地質風險因素，結合地質選線原則，優(yōu)化隧道方案，規(guī)避和降低隧道風險。2)初步設計階段隧道風險評估應用核對表法，該方法能消除或降低忽視某些風險因素的可能性，是風險識別的一種有效和可靠方法。3)依據(jù)地勘資料、設計資料等分析，得到隧道初步設計階段存在的重大安全風險事件有: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計階段重大安全風險事故的分段評估，分析了隧道各區(qū)段風險事故的概率等級和風險源，并對各風險事件風險因素進行了排序，依次提出了初始風險概率等級，為隧道風險設計提供了依據(jù)。

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

［2］ TB 10012-2007，鐵路工程地質勘察規(guī)范［S］．

［3］ TB 10003-2005，鐵路隧道設計規(guī)范［S］．

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

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