晉祠隧道施工階段風(fēng)險分析與管理①

□□ ，　　

(河南科技大學(xué) 土木工程學(xué)院，河南 洛陽　471023)

引言

隧道工程項目是一個集多個學(xué)科門類的復(fù)雜的系統(tǒng)工程，具有隱蔽性、復(fù)雜性、建設(shè)工期長、建筑安裝實物量大、投資風(fēng)險大、項目涉及面廣等特點。在隧道工程項目施工過程中，面臨著大量的風(fēng)險和不確定因素，這些風(fēng)險具有多樣性、復(fù)雜性、綜合性、突發(fā)性及偶然性等特點[1]。如果不考慮其風(fēng)險及應(yīng)對措施，很容易發(fā)生重大事故。因此，在隧道施工階段進(jìn)行施工風(fēng)險評價與管理顯得尤為重要[2]。

1　工程概況

晉祠隧道起訖里程為DK12+425～DK21+265，全長8 840 m，Ⅷ度地震區(qū)設(shè)防。設(shè)計為雙線隧道，線間距4～5 m，最小曲線半徑1 000 m；隧道開挖分四明三暗段，其中暗挖段4 570 m，明挖段4 270 m。線路縱坡呈“V”字形，最大坡度11‰。隧道襯砌采用復(fù)合式鋼筋混凝土，暗挖段為曲墻拱形結(jié)構(gòu)；明挖段除晉祠車站三、四線地段采用雙連拱大跨結(jié)構(gòu)外，其他均為單跨拱形框架結(jié)構(gòu)；隧道出口段600 m采用封閉式U型槽結(jié)構(gòu)與路基結(jié)構(gòu)順接，洞門采用斜切式結(jié)構(gòu)，出口結(jié)合鋼結(jié)構(gòu)防水采用U型槽封閉結(jié)構(gòu)。工程所在地冬季干冷漫長，夏季濕熱多雨；隧道所經(jīng)過區(qū)域為Ⅴ級和Ⅵ級黃土圍巖，土質(zhì)結(jié)構(gòu)松散，工程性質(zhì)差，結(jié)構(gòu)自穩(wěn)能力小。

2　風(fēng)險識別

風(fēng)險識別是風(fēng)險管理的首要工作，即分析工程施工期所有的潛在風(fēng)險因素并進(jìn)行歸類整理，然后進(jìn)行篩選，確定風(fēng)險點[3]。晉祠隧道工程量大、工期短、施工難度大、技術(shù)要求高，在施工過程中潛在風(fēng)險因素多，施工風(fēng)險管理難度大。

本項目由專家和施工單位、設(shè)計單位以及勘察單位等有經(jīng)驗的技術(shù)人員組成風(fēng)險識別小組，根據(jù)勘察資料和設(shè)計數(shù)據(jù)等相關(guān)材料，結(jié)合開挖方式的特點，參考國內(nèi)外類似隧道工程的施工經(jīng)驗，在工程開工之前以及工程進(jìn)行過程中，對晉祠隧道潛在的風(fēng)險因素進(jìn)行分析、識別，找出施工過程中存在的潛在風(fēng)險并對全線風(fēng)險進(jìn)行匯總(見表1)。

表1　晉祠隧道風(fēng)險因素匯總1)

3　風(fēng)險評估

風(fēng)險評估是對風(fēng)險發(fā)生的概率及其破壞性后果做出量化分析的過程，它是風(fēng)險管理的基礎(chǔ)和重要工作內(nèi)容[4]。晉祠隧道風(fēng)險評估采用定性與定量相結(jié)合的方法，結(jié)合現(xiàn)有監(jiān)控數(shù)據(jù)及現(xiàn)行規(guī)范，通過工程類比分析確定各風(fēng)險因素可能導(dǎo)致的風(fēng)險事件的概率大小和后果嚴(yán)重程度。

3.1　風(fēng)險接受準(zhǔn)則

風(fēng)險接受準(zhǔn)則表示在規(guī)定的時間內(nèi)或項目某個階段內(nèi)可接受或管理的風(fēng)險等級水平分級，它直接決定了工程中各種風(fēng)險需采取的管理控制措施。

在綜合考慮地形地質(zhì)條件、設(shè)計圖紙及設(shè)計院風(fēng)險評估報告、第三方監(jiān)控等有關(guān)資料后，根據(jù)《鐵路隧道風(fēng)險評估與管理暫行規(guī)定》，將各種風(fēng)險因素導(dǎo)致相應(yīng)事故發(fā)生的概率及后果分別用“1”～“5”來表示，其中，概率等級“1”～“5”分別代表“很不可能”、“不可能”、“偶然”、“可能”、“很可能”，后果等級“1”～“5”分別代表“輕微的”、“較大的”、“嚴(yán)重的”、“很嚴(yán)重的”、“災(zāi)難性的”；定義概率及后果的估值之和為風(fēng)險指數(shù)，根據(jù)事故風(fēng)險分級標(biāo)準(zhǔn)將風(fēng)險指數(shù)分為“極高(I級)、高度(II級)、中度(III級)和低度(IV級)”四個等級，依據(jù)不同的等級確定風(fēng)險接受準(zhǔn)則[5]。

本文采用《鐵路隧道風(fēng)險評估與管理暫行規(guī)定》中推薦的風(fēng)險接受準(zhǔn)則(見表2)。其中CS表示損失性分值；PS表示概率等級評分；N表示風(fēng)險可忽略(Ⅳ級)，不需要采取防范措施；A表示風(fēng)險可以接受，需引起重視(Ⅲ級)；H表示風(fēng)險很高，需采取一定的控制措施(Ⅱ級)；S表示風(fēng)險很嚴(yán)重或絕對不可接受(Ⅰ級)[6]。

表2　風(fēng)險接受準(zhǔn)則

3.2　風(fēng)險評估結(jié)果

根據(jù)風(fēng)險評估原理，按照制定的風(fēng)險評估程序，綜合考慮隧道工程地質(zhì)、投資、工期和技術(shù)難度等因素，對晉祠隧道初始施工風(fēng)險進(jìn)行評估(結(jié)果如圖1所示)，評價風(fēng)險對項目的影響[1]。

圖1　初始風(fēng)險評估結(jié)果

4　風(fēng)險應(yīng)對措施

風(fēng)險的存在不可避免，但可以通過工程技術(shù)措施降低風(fēng)險大小[7]。因此，本文針對晉祠隧道施工中不同的風(fēng)險，采取相應(yīng)的、可靠的風(fēng)險控制措施。

4.1　暗挖段施工技術(shù)措施

4.1.1洞口

隧道洞口邊仰坡工程應(yīng)自上而下逐級開挖并進(jìn)行超前支護(hù)，及時完成洞口邊仰坡加固、防護(hù)及防排水工程。洞口段應(yīng)及時形成封閉結(jié)構(gòu)，嚴(yán)禁采用長臺階施工。隧道洞口按設(shè)計完成超前支護(hù)后，方可開始正洞的施工。

4.1.2超前地質(zhì)預(yù)報

晉祠隧道為極高風(fēng)險的軟弱圍巖及不良地質(zhì)隧道，超前地質(zhì)預(yù)報工作由設(shè)計單位負(fù)責(zé)組織實施。項目部應(yīng)及時做好地質(zhì)素描，地質(zhì)變化時及時向設(shè)計院反映，以便完善設(shè)計方案，確保施工安全及主體質(zhì)量。

4.1.3隧道開挖

(1)Ⅴ、Ⅵ級圍巖上臺階每循環(huán)開挖支護(hù)進(jìn)尺不大于1榀鋼架間距。

(2)邊墻每循環(huán)開挖支護(hù)不得大于2榀鋼架間距。

(3)開挖仰拱前必須完成鋼架鎖腳錨桿，每循環(huán)開挖進(jìn)尺須≯3 m。

(4)隧道開挖后及時施作初期支護(hù)并封閉成環(huán)，Ⅴ、Ⅵ級圍巖封閉位置距離掌子面須≯35 m。

4.1.4初期支護(hù)

初期支護(hù)鋼架工廠化制造，出廠前必須進(jìn)行檢驗和試拼裝；混凝土采用濕噴工藝。

4.1.5監(jiān)控量測

隧道監(jiān)控量測作為關(guān)鍵工序納入現(xiàn)場施工組織，監(jiān)控量測設(shè)置專職人員并經(jīng)培訓(xùn)后上崗。

按TB 10121—2007《鐵路隧道監(jiān)控量測技術(shù)規(guī)程》的規(guī)定，建立等級管理、信息反饋和報告制度。隧道拱頂下沉和凈空變化的量測，斷面間距須≯5 m；隧道淺埋、下穿建筑物地段，地表必須設(shè)置監(jiān)測網(wǎng)點并實施監(jiān)測；當(dāng)拱頂下沉、水平收斂速率達(dá)5 mm/d或位移累計達(dá)100 mm時，應(yīng)暫停掘進(jìn)并及時分析原因，采取處理措施；當(dāng)采用接觸量測時，測點掛鉤應(yīng)做成閉合三角形，保證牢固、不變形。

4.1.6二次襯砌

及時施作二次襯砌，其距掌子面的距離須≯70 m。

4.2　明挖段施工技術(shù)措施

明挖段施工遵循“先圍護(hù)、后開挖，邊開挖、邊支護(hù)”的原則，按照“平面分區(qū)、順坡拉槽、豎向分層、反鏟接力”的方法開挖。

分層、分段、分塊開挖，縱向放坡，并在坡腳和沿圍護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)邊設(shè)置排水溝、集水井，抽排基坑明水；嚴(yán)控工藝質(zhì)量，落實預(yù)案備品，注重防排水系統(tǒng)，推行機械化施工；盡量避開雨季；加強監(jiān)控量測，根據(jù)監(jiān)控數(shù)據(jù)指導(dǎo)施工；詳細(xì)調(diào)查環(huán)境，包括管線及地下障礙物核查，地面建筑物及周邊交通狀況調(diào)查，取得產(chǎn)權(quán)單位配合，并對地下建筑物和周邊建筑物編制安全專項方案。

4.3　邊坡失穩(wěn)滑塌風(fēng)險控制措施

4.3.1土釘支護(hù)

施工采取分層、分段開挖，每層開挖深度須≯3 m，分段開挖長度須≯20 m，開挖一層及時施作土釘，上一層支護(hù)完成后才能進(jìn)行下一層的開挖，嚴(yán)格控制土釘?shù)氖┳鏖L度和間距，水泥漿注漿壓力應(yīng)達(dá)到1.0 MPa，保證土釘墻的施作質(zhì)量，確保邊坡穩(wěn)定。

4.3.2鉆孔灌注樁支護(hù)

(1)晉祠隧道DK13+800～DK13+300、DK17+718～DK17+829、DK17+867～DK18+150地段，采用鉆孔灌注樁與預(yù)應(yīng)力錨索相結(jié)合的支護(hù)方式，基坑雙側(cè)布置；基坑上部約3 m采用土釘護(hù)坡；基坑內(nèi)下部為Φ1 000@1 500 mm的C30鋼筋混凝土灌注樁；錨索采用1860級預(yù)應(yīng)力鋼絞線，錨索內(nèi)注純水泥漿，水泥漿強度≮20 MPa，水泥采用P·O 42.5水泥，水灰比為0.5；樁及樁間土體土石面網(wǎng)噴100 mm厚C25早強混凝土，Φ8@150 mm×150 mm鋼筋網(wǎng)，同時采用Φ22 mm錨筋錨入樁間土體內(nèi)以固定鋼筋網(wǎng)，錨筋長度2 m，豎向間距1 m，橫向間距同樁間距。

(2)晉祠隧道DK12+440～DK12+515、DK13+760～DK13+800、DK18+150～DK18+725、DK19+175～DK20+330地段，采用鉆孔灌注樁、鋼支撐與預(yù)應(yīng)力錨索相結(jié)合的支護(hù)方式，鋼支撐采用Φ609 mm、壁厚16 mm無縫鋼管，間距3 000～6 000 mm。

(3)晉祠隧道DK17+700～DK17+718、DK17+829～K17+867地段，采用鉆孔灌注樁、混凝土支撐與預(yù)應(yīng)力錨索相結(jié)合的支護(hù)方式，混凝土支撐截面采用800 mm×900 mm，橫向間距4 500 mm；主體結(jié)構(gòu)外側(cè)回填C15混凝土，結(jié)構(gòu)構(gòu)件及回填混凝土強度不低于設(shè)計值的70%。

施工時，首先施作上部3 m土釘墻，然后方可施工鉆孔灌注樁。鉆孔灌注樁采用旋挖鉆機鉆孔，嚴(yán)格控制鉆孔樁的質(zhì)量，孔位偏差控制在50 mm以內(nèi)，鉆孔傾斜度<1%，成樁后進(jìn)行樁基低應(yīng)變無破損檢測，樁基檢測合格后再進(jìn)行冠梁施工，樁基達(dá)到設(shè)計強度時，方能開挖基坑。

4.4　地面沉降、開裂風(fēng)險控制措施

對于沉降要求比較高的暗挖地段采用CRD工法施工，上半斷面采用玻纖錨桿穩(wěn)定掌子面，小導(dǎo)管超前支護(hù)；對于下穿一般結(jié)構(gòu)物的暗挖地段，采用臺階法與臨時仰拱相結(jié)合的開挖方法，控制地表沉降；對于地面沉降要求較高的明挖地段，嚴(yán)格控制降水規(guī)模及強度，采用水泥攪拌樁或者高壓旋噴樁進(jìn)行止水，以鋼筋混凝土或Φ609 mm鋼管支撐基坑，控制基坑變位；加強監(jiān)控量測，根據(jù)監(jiān)控數(shù)據(jù)調(diào)整施工工藝；地表出現(xiàn)裂縫時，及時采取水泥漿灌漿、三七灰土換填、瀝青灌注等措施進(jìn)行妥善處理，防止雨水灌入而加劇沉降。

4.5　建筑物開裂風(fēng)險控制措施

對于穿越一般結(jié)構(gòu)物的暗挖地段，采用臺階法與臨時仰拱法施工，HW型鋼鋼架間距0.6 m/榀；采用Φ42 mm，壁厚3.5 mm的超前小導(dǎo)管支護(hù)，環(huán)向3根/m，長度4 m，搭接2 m，施工外插角10°～15°。上半斷面均采用玻纖錨桿穩(wěn)定掌子面，玻纖錨桿垂直于掌子面打入，錨桿長度12 m，錨桿每環(huán)間距60 cm，環(huán)間距80 cm。同時加強支護(hù)和監(jiān)控量測，及時根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)調(diào)整支護(hù)參數(shù)。對于明挖段，嚴(yán)格控制降水規(guī)模及強度，采用水泥攪拌樁進(jìn)行止水，并及時支撐基坑。

4.6　塌方風(fēng)險控制措施

晉祠隧道明暗分界處采用CRD工法施工；拱部140°范圍內(nèi)采用Φ108 mm大管棚，長度30 m，壁厚5 mm；環(huán)向3根/m；管棚內(nèi)填充水泥砂漿；管棚間打設(shè)Φ42 mm、壁厚3.5 mm的小導(dǎo)管并注漿，環(huán)向3根/m，長度4 m，搭接2 m，施工外插角10°；上半斷面采用玻纖錨桿穩(wěn)定掌子面，玻纖錨桿垂直于掌子面打入，錨桿長度12 m，錨桿每列間距60 cm，行間距80 cm；HW175型鋼間距0.5 m/榀。

其他地段采用小導(dǎo)管超前支護(hù)。小導(dǎo)管采用Φ42 mm、壁厚3.5 mm的熱軋鋼管，環(huán)向3根/m，縱向兩榀格柵一環(huán)，施工外插角10°～15°。

施工時嚴(yán)格控制開挖進(jìn)尺，遵循“管超前、強支護(hù)、早封閉、勤量測、及時襯砌”的施工原則，確保不出現(xiàn)塌方。

5　殘留風(fēng)險評估

針對初始風(fēng)險，在及時采取以上多項施工技術(shù)措施后，隧道施工的風(fēng)險會相應(yīng)地降低，但不可能完全消除，故在結(jié)合初始風(fēng)險評估結(jié)果和制定對策措施的基礎(chǔ)上，對隧道殘留風(fēng)險進(jìn)行評估，結(jié)果如圖2所示。

圖2　殘留風(fēng)險評估結(jié)果

由圖2可以看出，通過采取相應(yīng)的風(fēng)險控制措施后，殘留風(fēng)險中已經(jīng)不存在高度風(fēng)險，風(fēng)險等級均已降至中度或低度，為可以接受的風(fēng)險。

6　結(jié)語

隧道工程施工具有其特殊性，施工過程中暗藏著諸多風(fēng)險[8]，如果在施工前對危及安全施工的可能風(fēng)險進(jìn)行預(yù)先識別和分析，制定并落實相應(yīng)的風(fēng)險控制措施，就可以降低風(fēng)險等級，避免事故的發(fā)生，確保工程建設(shè)的順利進(jìn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1] 徐珂，金豪.高速公路穿越鐵路頂進(jìn)施工風(fēng)險評價及控制[J].地下空間與工程學(xué)報，2013，9(3)：680-685.

[2] 王晶，譚躍虎，王鵬飛，等.地鐵隧道施工過程中風(fēng)險分析與控制[J].解放軍理工大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2009，10(4)：379-383.

[3] 潘學(xué)政，陳國強，彭銘.錢江特大隧道盾構(gòu)推進(jìn)段施工風(fēng)險評估[J].地下空間與工程學(xué)報，2007，3(7)：1245-1253.

[4] 王晶，王鵬飛，譚躍虎.地鐵隧道工程施工過程中風(fēng)險管理研究[J].地下空間與工程學(xué)報，2009，5(2)：385-389.

[5] 中國中鐵二院工程集團有限責(zé)任公司.鐵路隧道風(fēng)險評估與管理暫行規(guī)定[S].北京：中國鐵道出版社，2008.

[6] 劉波，張洪杰，劉念，等.北京地鐵雙連拱隧道施工風(fēng)險評價與控制實例研究[J].安全與環(huán)境學(xué)報，2012，12(6)：228-232.

[7] 蔣根謀，孫康，代選順.基于AHP法的沖擊鉆孔樁施工風(fēng)險評估[J].施工技術(shù)，2012，41(13):55-61.

[8] 劉孫武.青島膠州灣海底隧道施工項目的風(fēng)險管理[J].貴州工業(yè)大學(xué)學(xué)報：社會科學(xué)版，2008，10(2)：15-17.