準(zhǔn)鄂鐵路東勝隧道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估淺析

張 磊

(中鐵一院集團(tuán)新疆鐵道勘察設(shè)計(jì)院有限公司，新疆 烏魯木齊 830011)

1 工程概況

東勝隧道位于內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市,隧道進(jìn)口里程DK180+300，出口里程DK187+990，隧道全長(zhǎng)7 690 m，為雙線隧道；隧道最大埋深約97.8 m。

隧道進(jìn)口至DK180+774.353段位于R=5 000 m的左偏曲線上，隧道DK183+865.164至改DK187+640.580段位于R=6 000 m的左偏曲線上，其他段落均為直線；隧道內(nèi)縱坡進(jìn)口4 250 m段為上坡，出口3 440 m段為下坡。

洞身分別下穿擬建塔拉壕煤礦主、副斜井，凈距分別為25.6 m,30.65 m；DK185+080隧道下穿大壩(無(wú)水)，為保證安全，對(duì)水壩進(jìn)行臨時(shí)拆遷；隧道出口下穿包府公路，覆土約3.2 m，施工前對(duì)包府公路進(jìn)行臨時(shí)改移，隧道施工完成后在原位置恢復(fù)；其余地段下穿109國(guó)道、在建東勝互通立交、房屋等,埋深約為57.5 m～75.3 m。

隧道設(shè)計(jì)3座斜井，見(jiàn)表1。

2 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)

2.1 地層巖性

表1 東勝隧道斜井設(shè)計(jì)參數(shù)表

2.2 水文地質(zhì)

地下水主要為第四系孔隙潛水、少量基巖裂隙水，主要由大氣降水滲透補(bǔ)給，水位埋深0.8 m～23.0 m，地下水對(duì)混凝土不具侵蝕性。

2.3 工程地質(zhì)

2.3.1圍巖分級(jí)

隧道各級(jí)圍巖統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表2。

表2 東勝隧道圍巖分級(jí)統(tǒng)計(jì)表

2.3.2煤層瓦斯及火區(qū)

隧道區(qū)穿越侏羅系中下統(tǒng)含煤地層，隧道洞身在改DK180+300～改DK181+570之間先后與1-2,2-2上，2-1中煤層交叉。

依據(jù)煤層瓦斯參數(shù)測(cè)定報(bào)告：

2-2上煤層甲烷含量平均值為0.0 cm3/g，二氧化碳含量平均值為0.71 cm3/g；2-2中煤層甲烷含量平均值為0.0 cm3/g，二氧化碳含量平均值為0.27 cm3/g；2-2下煤層甲烷含量平均值為0.0 cm3/g，二氧化碳含量平均值為0.69 cm3/g；3-1中煤層甲烷含量平均值為0.0 cm3/g，二氧化碳含量平均值為0.57 cm3/g；4-1中煤層甲烷含量平均值為0.0 cm3/g，二氧化碳含量平均值為0.27 cm3/g。

各樣品的鏡質(zhì)組平均最大反射率測(cè)定結(jié)果2-2上煤層為0.57%，其余均在0.50%以下，各煤層測(cè)試樣品煤的堅(jiān)固系數(shù)為0.17～0.90之間，瓦斯放散初始速度為2～11。綜合分析，東勝隧道在改DK180+300～改DK181+570穿越煤層，賦存瓦斯氣體成分為二氧化碳和氮?dú)猓淄楹繛榱悖咚贡赡苄詷O小，施工中應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)及通風(fēng)工作。

隧道區(qū)煤層施工開(kāi)挖時(shí)可能發(fā)生煤塵爆炸。

隧道區(qū)內(nèi)煤層變質(zhì)程度低，抗風(fēng)化能力差，吸氧性強(qiáng)，易發(fā)生自燃。參照電力金陽(yáng)煤田資料，本區(qū)煤的著火溫度271 ℃～290 ℃，煤的自燃發(fā)火期一般為40 d～60 d。

2.3.3特殊巖土

1)泥巖。

主要分布在改DK180+300～改DK180+912、改DK181+320～改DK182+885及改DK186+280～改DK187+990，泥巖具弱膨脹性。

2)新黃土。

在進(jìn)出口及洞身表層局部分布，具濕陷性，δs=0.038～0.087，為Ⅰ級(jí)(輕微)非自重濕陷性黃土場(chǎng)地。

3 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估程序和方法

3.1 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估程序

本隧道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估主要程序詳見(jiàn)圖1。

3.2 評(píng)估方法

風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法可采用核對(duì)表法、專家調(diào)查法、蒙特卡羅法、層次分析法和風(fēng)險(xiǎn)矩陣法等，開(kāi)展定量或定性與定量結(jié)合的風(fēng)險(xiǎn)概率估計(jì)和后果評(píng)估。本隧道主要采用專家調(diào)查法、頭腦風(fēng)暴法和核對(duì)表法。

4 隧道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及對(duì)策

4.1 初始風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)

1)風(fēng)險(xiǎn)因素。東勝隧道礦山法施工存在的安全風(fēng)險(xiǎn)因素主要有砂泥巖互層、產(chǎn)狀平緩、隧道穿越侏羅系中下統(tǒng)含煤地層，礦塵較大，煤塵具有爆炸性；隧道區(qū)內(nèi)煤層變質(zhì)程度低，抗風(fēng)化能力差，吸氧性強(qiáng)。

2)風(fēng)險(xiǎn)事件。東勝隧道可能發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)事件主要有：塌方、瓦斯、煤塵爆炸、煤層自燃等。

3)初始風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。東勝隧道初始風(fēng)險(xiǎn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 東勝隧道初始風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)統(tǒng)計(jì)表

4.2 風(fēng)險(xiǎn)控制措施

4.2.1洞身下穿包府公路處風(fēng)險(xiǎn)處理措施

1)隧道施工前應(yīng)與包府公路產(chǎn)權(quán)單位簽訂協(xié)議，在包府公路臨時(shí)改移后采用明挖法施工，降低工程風(fēng)險(xiǎn)。2)下穿包府公路段采用立交明洞襯砌，加強(qiáng)結(jié)構(gòu)厚度及配筋，保證結(jié)構(gòu)安全。3)立交明洞回填應(yīng)滿足JTG D30—2015公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范的相關(guān)要求。

4.2.2洞身下穿塔拉壕煤礦斜井處風(fēng)險(xiǎn)處理措施

1)嚴(yán)格遵循新奧法相關(guān)流程施工。2)隧道施工前應(yīng)與主、副斜井產(chǎn)權(quán)單位簽訂協(xié)議，隧道施工影響范圍的煤礦斜井采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。3)下穿段為Ⅲ級(jí)圍巖，采用小導(dǎo)管注漿超前支護(hù)、Ⅳ級(jí)圍巖加強(qiáng)復(fù)合式襯砌。4)隧道開(kāi)挖應(yīng)采用控制爆破，斜井結(jié)構(gòu)爆破震動(dòng)速度不應(yīng)大于《爆破安全規(guī)程》相關(guān)要求。5)隧道開(kāi)挖后，加強(qiáng)鐵路隧道和煤礦斜井的監(jiān)控量測(cè)工作。

4.2.3洞身坍塌風(fēng)險(xiǎn)處理措施

1)對(duì)洞口段、淺埋及偏壓段采用大管棚、中管棚、小導(dǎo)管等超前支護(hù)措施。2)Ⅴ級(jí)圍巖淺埋、偏壓段采用剛度較大的型鋼加強(qiáng)支護(hù)。3)圍巖水平成層段采用加強(qiáng)支護(hù)手段。4)工程實(shí)施過(guò)程中，應(yīng)高度重視高風(fēng)險(xiǎn)地段的施工組織管理，保證錨桿灌漿，初支噴混凝土厚度、密實(shí)度，確保施工質(zhì)量和安全。5)加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)。通過(guò)監(jiān)控量測(cè)成果分析，及早掌握圍巖及支護(hù)的動(dòng)態(tài)狀況，以便采取有效措施，并及時(shí)調(diào)整設(shè)計(jì)參數(shù)。

4.2.4瓦斯、煤塵爆炸及煤層自燃風(fēng)險(xiǎn)處理措施

1)施工過(guò)程中根據(jù)施工前編制的實(shí)施性施工組織設(shè)計(jì)和專項(xiàng)應(yīng)急預(yù)案定期開(kāi)展事故應(yīng)急處理演練。2)隧道內(nèi)施工人員必須經(jīng)過(guò)強(qiáng)制性的瓦斯隧道安全施工技術(shù)培訓(xùn)。3)設(shè)專職檢查員，經(jīng)常檢查、監(jiān)測(cè)瓦斯，掌握突出預(yù)兆，保證隧道內(nèi)任何時(shí)間瓦斯、煤塵、二氧化碳指標(biāo)都低于安全值。4)本隧道煤塵具有爆炸的可能，在煤層開(kāi)挖過(guò)程中，應(yīng)加強(qiáng)通風(fēng)，防止煤塵的引燃、爆炸，隧道施工應(yīng)按照《煤礦安全技術(shù)規(guī)程》有關(guān)煤塵的生產(chǎn)技術(shù)管理規(guī)定執(zhí)行。5)施工中應(yīng)加強(qiáng)安全意識(shí)；加強(qiáng)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)；加強(qiáng)瓦斯、煤塵、二氧化碳等濃度監(jiān)測(cè)；加強(qiáng)通風(fēng)和防塵、除塵工作，防止發(fā)生煤塵爆炸事故；加強(qiáng)對(duì)煤層自燃的防范。6)放炮前后在開(kāi)挖面附近20 m內(nèi)必須噴霧灑水。7)及時(shí)清掃、清理、沖刷沉積的煤塵，避免爆破、運(yùn)輸車輛等其他震動(dòng)，使得大量落塵飛揚(yáng)，在短時(shí)間內(nèi)增加洞內(nèi)局部地段的浮塵量，達(dá)到煤塵爆炸濃度。8)控制施工通風(fēng)風(fēng)速不宜大于3 m/s，避免煤塵在“死角”密集且防止風(fēng)速過(guò)大引起落塵飛揚(yáng)。9)及時(shí)施作支護(hù)措施以防煤層長(zhǎng)期暴露。10)加強(qiáng)對(duì)火源及易燃品的管理，加強(qiáng)洞內(nèi)防水材料、保溫材料及冬季施工洞內(nèi)增溫設(shè)施的管理工作，避免引燃煤塵和煤層。11)在開(kāi)挖面接近煤層或儲(chǔ)氣層時(shí)，應(yīng)采用超前鉆孔排放瓦斯，防止瓦斯突涌。12)加強(qiáng)通風(fēng)管理，建立穩(wěn)妥可靠的通風(fēng)系統(tǒng)，施工通風(fēng)應(yīng)保證穩(wěn)定、連續(xù)和有效；因檢修、停電等原因停風(fēng)時(shí)，必須撤出人員，切斷電源。恢復(fù)通風(fēng)前，必須檢查瓦斯?jié)舛龋弦?guī)定后才可啟動(dòng)機(jī)器。

4.2.5工期風(fēng)險(xiǎn)處理措施

1)東勝隧道允許土建工期為22個(gè)月(不含施工準(zhǔn)備),根據(jù)隧道地形共設(shè)置3座斜井。利用進(jìn)、出口及3座斜井,共5個(gè)工作面,施工工期為21.1個(gè)月(不含施工準(zhǔn)備)。2)隧道2號(hào)斜井大里程方向工作面，以及3號(hào)斜井小里程方向工作面，分別承擔(dān)正洞1 210 m,1 440 m，工期為21.1個(gè)月，是本隧道工期控制工區(qū)。施工中應(yīng)加強(qiáng)管理，保證人員、機(jī)械、建筑材料、施工用水用電、施工通風(fēng)的配備，加強(qiáng)各工種、工序的銜接，提高工作效率；施工中應(yīng)及時(shí)進(jìn)行支護(hù)、襯砌并加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，避免發(fā)生塌方等工程事故影響工程進(jìn)度。3)隧道進(jìn)、出口端300 m，設(shè)置了中心深埋排水管。施工前應(yīng)熟悉設(shè)計(jì)圖紙，細(xì)化施工組織設(shè)計(jì)，加強(qiáng)各工序的銜接，并向施工人員做好施工技術(shù)交底，在保證隧道排水系統(tǒng)施工質(zhì)量的前提下，提高工程進(jìn)度。4)在工期允許的條件下，盡量提高隧道進(jìn)、出口以及“順坡”施工方向等施工條件較好的工作面，承擔(dān)正洞的施工長(zhǎng)度，提高效率。5)施工中如發(fā)現(xiàn)圍巖情況與設(shè)計(jì)不符，或其他地質(zhì)異常情況，應(yīng)及時(shí)反饋，并采取相應(yīng)措施，防止由于發(fā)生塌方、煤塵爆炸等事故而延誤隧道工期。

4.3 評(píng)估結(jié)論

結(jié)合本階段工程地質(zhì)資料和相關(guān)設(shè)計(jì)文件，對(duì)隧道進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估得出如下結(jié)論：

通過(guò)對(duì)隧道工程條件的概述和初始風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的確定，部分風(fēng)險(xiǎn)因素可導(dǎo)致“高度”風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)事件。通過(guò)采取相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)控制措施后，能夠?qū)L(fēng)險(xiǎn)等級(jí)降為“中度”及以下。

因此，本線隧道的建設(shè)在安全、穩(wěn)定、質(zhì)量、投資、工期、環(huán)境等多個(gè)目標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)方面都是可以接受的，東勝隧道在施工過(guò)程中采取的措施是合理的，設(shè)計(jì)方案可行。

5 結(jié)語(yǔ)

1)風(fēng)險(xiǎn)因素的識(shí)別依賴于地勘資料的準(zhǔn)確性和完整性。2)施工圖階段形成的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估報(bào)告需經(jīng)專家評(píng)審，有助于優(yōu)化風(fēng)險(xiǎn)控制措施從而進(jìn)一步降低風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。3)對(duì)上崗操作人員就有關(guān)安全生產(chǎn)的法律法規(guī)和規(guī)章制度、危險(xiǎn)源識(shí)別等進(jìn)行制度化培訓(xùn)，并對(duì)編制的應(yīng)急救援預(yù)案進(jìn)行定期演練。