引黃工程岢瓦線天古崖隧道施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估分析

王 艷

(黑龍江省湯原縣水務(wù)局，黑龍江 湯原 154700)

0 前 言

山西中部引黃工程總干3#洞下穿鐵路岢瓦線天古崖隧道因地質(zhì)條件復(fù)雜，開(kāi)挖斷面小，需對(duì)施工過(guò)程中可能造成的人員傷亡、經(jīng)濟(jì)損失、工期延誤、環(huán)境破壞等風(fēng)險(xiǎn)事件，分別確定各風(fēng)險(xiǎn)因素對(duì)目標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生概率、造成損失和影響程度，并進(jìn)行多風(fēng)險(xiǎn)綜合影響分析，根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果制定相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)處理方案或措施。

1 隧道概況

1.1 工程概況

山西省中部引黃工程是山西省大水網(wǎng)建設(shè)中一項(xiàng)重要的工程，工程干線自天橋水電站庫(kù)區(qū)取水，供水范圍包括4市16個(gè)縣[1]。

中部引黃工程總干 3#隧洞穿越樁號(hào)為改 47+968.01-48+034.3，全長(zhǎng) 66.29m，設(shè)計(jì)縱坡 1/3800，于“改 48+001.09”處下穿晉興公司運(yùn)煤專線天古崖隧道(樁K38+506.76)處交叉，交叉角度 125°。隧洞交叉段為巖石洞段，城門(mén)洞形斷面形式，凈寬 4.2m，凈高 5.1m，直墻段高 3m，設(shè)計(jì)水深3.48m，頂拱中心角 180°。

襯砌方式：除底板外，內(nèi)設(shè)格柵鋼架間距0.6m，鋼架間為縱向鋼筋連接，環(huán)向間距 1m，徑向設(shè)長(zhǎng) 2m 的系統(tǒng)錨桿，梅花形布置，間距 1m，噴射 10cm 厚 C20 混凝土；全斷面采用 C25 鋼筋混凝土襯砌，襯砌厚 35cm，拱頂100°范圍內(nèi)回填灌漿，注漿壓力≥ 0.2MPa。

天古崖隧道寬約 5.2m，洞底開(kāi)挖高程 1028.15m，引黃 3#隧洞洞頂開(kāi)挖高程1013.01m，3#隧洞洞頂與天古崖隧道實(shí)際開(kāi)挖面距離為 15.14m。

引水隧道和天古崖隧道三維模型圖如圖1所示。

圖1 引水隧道和天古崖隧道三維模型圖

1.2 施工方案

根據(jù)初步設(shè)計(jì)資料，隧道下穿既有天古崖隧道，埋深 15.14m，穿越段圍巖類別為 IV 類，交叉段隧洞施工采用超前固結(jié)灌漿加噴錨支護(hù)，即采用F40、長(zhǎng)3.5m 超前小導(dǎo)管注漿固結(jié)，環(huán)向間距 30cm，隧洞每循環(huán)開(kāi)挖長(zhǎng)度 IV 類圍巖控0.7m，全區(qū)段采用長(zhǎng) 2m、F25系統(tǒng)錨桿錨固，開(kāi)挖后安裝F20格柵鋼架，噴射 10cm 厚 C20 混凝土，全斷面采用 35cm 厚 C25 鋼筋混凝土襯砌[2]。開(kāi)挖時(shí)采取弱爆破，盡量減小對(duì)巖體擾動(dòng)。

爆破采用控制爆破技術(shù)，根據(jù)交叉段的圍巖類別在洞身施工段選取 1 個(gè)相似圍巖級(jí)別循環(huán)段的開(kāi)挖作試驗(yàn)段，對(duì)該段進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)，在天古崖隧道洞內(nèi)設(shè)置監(jiān)控量測(cè)儀表，收集爆破質(zhì)點(diǎn)振幅、拱頂下沉及邊墻水平收斂、隧道圍巖含水情況及導(dǎo)水情況、襯砌圍巖之間的密實(shí)情況等參數(shù)，及時(shí)調(diào)整隧道施工參數(shù)，確保鐵路運(yùn)營(yíng)安全。由于引水隧道斷面小，無(wú)法采用臺(tái)階法施工，綜合考慮采用一次性爆破開(kāi)挖方法。施工中遵循“短進(jìn)尺、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)、勤量測(cè)、緊襯砌”的原則，施工中加強(qiáng)施工用水疏排，防止積水浸泡。

2 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系

2.1 評(píng)估對(duì)象目標(biāo)

評(píng)估目標(biāo)：風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估識(shí)別潛在風(fēng)險(xiǎn)因素，確定等級(jí)并提出預(yù)防對(duì)策，降低風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生概率，確保達(dá)到安全生產(chǎn)、保護(hù)環(huán)境等目的，后果或損失與評(píng)估目標(biāo)關(guān)系[1]見(jiàn)表1。

表1 后果或損失與評(píng)估目標(biāo)關(guān)系表

2.2 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)定級(jí)方法

R=P×C定級(jí)法是綜合風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生概率和風(fēng)險(xiǎn)后果的定級(jí)方法，其中R 為風(fēng)險(xiǎn)；P 為風(fēng)險(xiǎn)因素發(fā)生概率；C 為風(fēng)險(xiǎn)因素可能造成后果。建設(shè)項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)因素定級(jí)步驟如下：

1)找出工程項(xiàng)目存在的各種主要風(fēng)險(xiǎn)因素。

2)借鑒類似建設(shè)項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)管理的經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合實(shí)際工程，分析不同風(fēng)險(xiǎn)因素的發(fā)生概率P。

3)根據(jù)可能造成的后果，對(duì)人、環(huán)境和工程自身造成影響的程度，定量計(jì)算并劃分后果等級(jí)C(災(zāi)難性、很嚴(yán)重、嚴(yán)重、較大、輕微)。

4)綜合影響程度等級(jí)C和概率P，得出風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估矩陣，確定風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)后制定對(duì)應(yīng)方案，合理控制風(fēng)險(xiǎn)因素。

2.3 風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)體系

風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)體系按風(fēng)險(xiǎn)因素與風(fēng)險(xiǎn)事件關(guān)系的結(jié)構(gòu)關(guān)系確立，引黃工程總干 3#洞下穿段施工風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)體系見(jiàn)表2，隧道施工階段風(fēng)險(xiǎn)清單見(jiàn)表3。

表2 施工風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)體系

表3 隧道施工階段風(fēng)險(xiǎn)清單表

注：G-表示地質(zhì)因素，D-表示設(shè)計(jì)因素。

3 初始風(fēng)險(xiǎn)評(píng)定

山西中部引黃工程總干3#洞下穿鐵路岢瓦線天古崖隧道段的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)及特殊地質(zhì)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得出山西中部引黃工程總干 3#洞下穿鐵路岢瓦線天古崖隧道段在不采取任何措施情況下的目標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)(初始風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)表)，見(jiàn)表4[4]。

4 風(fēng)險(xiǎn)對(duì)策措施

4.1 塌方風(fēng)險(xiǎn)控制措施

1)施工中嚴(yán)格遵循“預(yù)探支、嚴(yán)注漿、短進(jìn)尺、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)、勤量測(cè)、緊襯砌、及時(shí)反饋”的施工原則[5]。

2)提高超前地質(zhì)預(yù)報(bào)頻次。掌子面前方圍巖采取地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行中長(zhǎng)距離預(yù)報(bào)，地質(zhì)素描法進(jìn)行短距離預(yù)報(bào)，指導(dǎo)超前支護(hù)和止水施工，不斷優(yōu)化支護(hù)參數(shù)和調(diào)整施工方法。

3)隧洞施工采用超前固結(jié)灌漿加噴錨支護(hù)，即采用F40、長(zhǎng) 3.5m超前小導(dǎo)管注漿固結(jié)，環(huán)向間距 30cm，隧洞每循環(huán)開(kāi)挖長(zhǎng)度 IV 類圍巖控制 0.7m，全區(qū)段采用長(zhǎng) 2m、F25系統(tǒng)錨桿錨固，開(kāi)挖后安裝F20格柵鋼架，噴射 10cmC20 混凝土，全斷面采用 35cm 厚 C25 鋼筋混凝土襯砌。

4)加強(qiáng)施工監(jiān)控量測(cè)，對(duì)拱頂下沉、圍巖收斂進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)控，及時(shí)整理分析，不斷優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)。當(dāng)量測(cè)數(shù)據(jù)接近圍巖收斂變形警戒值時(shí)，采取加強(qiáng)支護(hù)措施抑制變形，防止發(fā)生塌方。

5)施工方法的控制。全斷面施工法中隧道洞身開(kāi)挖以弱爆破為主，機(jī)械開(kāi)挖為輔，減震爆破，嚴(yán)格控制開(kāi)挖進(jìn)尺，支護(hù)及時(shí)跟進(jìn)。

6)嚴(yán)格控制開(kāi)挖工序，特別是一次開(kāi)挖進(jìn)尺。嚴(yán)格按照施工方案和規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)施工。

7)洞口應(yīng)常備一定數(shù)量的應(yīng)急救援器材，以備突發(fā)情況緊急使用。

表4 天古崖隧道段初始風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)表

4.2 突水(泥、石)風(fēng)險(xiǎn)控制措施

1)施工中嚴(yán)格遵循“預(yù)探支、嚴(yán)注漿、短進(jìn)尺、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)、勤量測(cè)、緊襯砌、及時(shí)反饋”的施工原則。

2)采用超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)、紅外探水儀、鉆機(jī)超前探孔等綜合預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)前方圍巖，判斷掌子面前方圍巖情況，適時(shí)調(diào)整支護(hù)類型和二襯參數(shù)等。

3)根據(jù)軟弱帶圍巖巖性、地下水分布，采用超前小導(dǎo)管注漿并預(yù)加固進(jìn)行封堵，加固地層封堵逸水點(diǎn)。

4)配置合理的抽排水設(shè)備，使地下水按照管道預(yù)設(shè)方向排出，減少地下工程的滲水量。

4.3 既有隧道不利變形風(fēng)險(xiǎn)控制措施

1)隧洞施工采用超前固結(jié)灌漿加噴錨支護(hù)，即采用F40、長(zhǎng) 3.5m 超前小導(dǎo)管注漿固結(jié)，環(huán)向間距 30cm，加固地層。開(kāi)挖弱爆破減輕對(duì)天古崖隧道的影響。

2)施工過(guò)程中，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)天古崖隧道變形數(shù)據(jù)，包括：三維變形、地表下沉、結(jié)構(gòu)應(yīng)力應(yīng)變、結(jié)構(gòu)振動(dòng)監(jiān)測(cè)及襯砌質(zhì)量監(jiān)測(cè)。作為信息化施工的依據(jù)，及時(shí)調(diào)整隧道施工參數(shù)，確保天古崖隧道運(yùn)營(yíng)安全。

4.4 環(huán)境保護(hù)措施

1)隧道需按照環(huán)保、衛(wèi)生規(guī)定和初步設(shè)計(jì)文件要求落實(shí)，根據(jù)地質(zhì)地形、水文環(huán)境選擇碴場(chǎng)棄置，原則上為荒地，不占或少占農(nóng)田，設(shè)永久性擋護(hù)和排水系統(tǒng)，綠化棄碴表面，便于完工后實(shí)施碴場(chǎng)復(fù)耕。

2)根據(jù)地質(zhì)勘察成果和環(huán)保要求，認(rèn)真研究地下水處理方案。一般局部滲漏地下水采用小導(dǎo)管注漿封堵，對(duì)于巖溶與巖溶水采用超前預(yù)注漿堵水。施工中嚴(yán)格按注漿工藝施工及檢查注漿效果，使預(yù)注漿達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

3)隧道施工產(chǎn)生的污水須經(jīng)凈化處理后方可排放，不可直排。機(jī)械存放點(diǎn)、維修點(diǎn)等做好隔離溝，將廢油、廢水集中到隔油地，經(jīng)處理后統(tǒng)一排放。

4)為避免隧道施工造成地下水流失，影響水文環(huán)境，采取“以堵為主、限量排放”的原則，采用超前帷幕注漿、徑向注漿等，降低地下水?dāng)_動(dòng)，減少地下水流失。

5)對(duì)于施工場(chǎng)地布置應(yīng)統(tǒng)籌規(guī)劃，分期安排；施工場(chǎng)地及便道設(shè)置不得惡化洞口工程條件。

4.5 投資風(fēng)險(xiǎn)控制措施

隧道施工安全風(fēng)險(xiǎn)和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的復(fù)雜性，決定了工程投資實(shí)行動(dòng)態(tài)管理的必然性，在保證安全風(fēng)險(xiǎn)得以有效控制的基礎(chǔ)上，避免發(fā)生工程投資增大風(fēng)險(xiǎn)。嚴(yán)格執(zhí)行規(guī)定，按項(xiàng)目管理試驗(yàn)室的方法組織現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)度、安全質(zhì)量管理，保證現(xiàn)場(chǎng)規(guī)范可控。

4.6 工期風(fēng)險(xiǎn)控制措施

1)嚴(yán)格按針對(duì)性的施工方案進(jìn)行施工，有效避免施工風(fēng)險(xiǎn)，在確保安全的前提下，有效推進(jìn)施工生產(chǎn)。

2)綜合圍巖類別、工程地質(zhì)、安全、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保等因素，合理優(yōu)化施工方案，提高施工效率，降低工期風(fēng)險(xiǎn)。

3)根據(jù)施工環(huán)境及方法，合理配備機(jī)具，有效組織施工人員，做好工序銜接，避免工序失衡。

5 結(jié) 論

新建隧道下穿施工影響隧道施工安全和既有線路的安全運(yùn)營(yíng)。文章通過(guò)對(duì)引黃工程下穿鐵路岢瓦線天古崖隧道施工過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)因素分析，認(rèn)為引黃工程下穿鐵路岢瓦線天古崖隧道風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為“高度”的事件適度采用工程措施，可將風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)降為“中度”或“低度”。殘留風(fēng)險(xiǎn)仍為中度的，施工時(shí)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求，制定專項(xiàng)預(yù)案及針對(duì)措施，加強(qiáng)施工監(jiān)控量測(cè)，可確保工程建設(shè)的多個(gè)目標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)處于受控狀態(tài)。