引黃工程岢瓦線天古崖隧道施工風險評估分析

王 艷

(黑龍江省湯原縣水務局，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條件復雜，開挖斷面小，需對施工過程中可能造成的人員傷亡、經濟損失、工期延誤、環境破壞等風險事件，分別確定各風險因素對目標風險的發生概率、造成損失和影響程度，并進行多風險綜合影響分析，根據評價結果制定相應的風險處理方案或措施。

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建設中一項重要的工程，工程干線自天橋水電站庫區取水，供水范圍包括4市16個縣[1]。

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

襯砌方式：除底板外，內設格柵鋼架間距0.6m，鋼架間為縱向鋼筋連接，環向間距 1m，徑向設長 2m 的系統錨桿，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°范圍內回填灌漿，注漿壓力≥ 0.2MPa。

天古崖隧道寬約 5.2m，洞底開挖高程 1028.15m，引黃 3#隧洞洞頂開挖高程1013.01m，3#隧洞洞頂與天古崖隧道實際開挖面距離為 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

根據初步設計資料，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灌漿加噴錨支護，即采用F40、長3.5m 超前小導管注漿固結，環向間距 30cm，隧洞每循環開挖長度 IV 類圍巖控0.7m，全區段采用長 2m、F25系統錨桿錨固，開挖后安裝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]。開挖時采取弱爆破，盡量減小對巖體擾動。

爆破采用控制爆破技術，根據交叉段的圍巖類別在洞身施工段選取 1 個相似圍巖級別循環段的開挖作試驗段，對該段進行監控量測，在天古崖隧道洞內設置監控量測儀表，收集爆破質點振幅、拱頂下沉及邊墻水平收斂、隧道圍巖含水情況及導水情況、襯砌圍巖之間的密實情況等參數，及時調整隧道施工參數，確保鐵路運營安全。由于引水隧道斷面小，無法采用臺階法施工，綜合考慮采用一次性爆破開挖方法。施工中遵循“短進尺、弱爆破、強支護、勤量測、緊襯砌”的原則，施工中加強施工用水疏排，防止積水浸泡。

2 風險評估體系

2.1 評估對象目標

評估目標：風險評估識別潛在風險因素，確定等級并提出預防對策，降低風險發生概率，確保達到安全生產、保護環境等目的，后果或損失與評估目標關系[1]見表1。

表1 后果或損失與評估目標關系表

2.2 風險評價定級方法

R=P×C定級法是綜合風險發生概率和風險后果的定級方法，其中R 為風險；P 為風險因素發生概率；C 為風險因素可能造成后果。建設項目風險因素定級步驟如下：

1)找出工程項目存在的各種主要風險因素。

2)借鑒類似建設項目風險管理的經驗，結合實際工程，分析不同風險因素的發生概率P。

3)根據可能造成的后果，對人、環境和工程自身造成影響的程度，定量計算并劃分后果等級C(災難性、很嚴重、嚴重、較大、輕微)。

4)綜合影響程度等級C和概率P，得出風險評估矩陣，確定風險等級后制定對應方案，合理控制風險因素。

2.3 風險指標體系

風險指標體系按風險因素與風險事件關系的結構關系確立，引黃工程總干 3#洞下穿段施工風險指標體系見表2，隧道施工階段風險清單見表3。

表2 施工風險指標體系

表3 隧道施工階段風險清單表

注：G-表示地質因素，D-表示設計因素。

3 初始風險評定

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、水文地質及特殊地質進行統計分析，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風險等級(初始風險等級表)，見表4[4]。

4 風險對策措施

4.1 塌方風險控制措施

1)施工中嚴格遵循“預探支、嚴注漿、短進尺、弱爆破、強支護、勤量測、緊襯砌、及時反饋”的施工原則[5]。

2)提高超前地質預報頻次。掌子面前方圍巖采取地質雷達進行中長距離預報，地質素描法進行短距離預報，指導超前支護和止水施工，不斷優化支護參數和調整施工方法。

3)隧洞施工采用超前固結灌漿加噴錨支護，即采用F40、長 3.5m超前小導管注漿固結，環向間距 30cm，隧洞每循環開挖長度 IV 類圍巖控制 0.7m，全區段采用長 2m、F25系統錨桿錨固，開挖后安裝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)加強施工監控量測，對拱頂下沉、圍巖收斂進行重點監控，及時整理分析，不斷優化設計參數。當量測數據接近圍巖收斂變形警戒值時，采取加強支護措施抑制變形，防止發生塌方。

5)施工方法的控制。全斷面施工法中隧道洞身開挖以弱爆破為主，機械開挖為輔，減震爆破，嚴格控制開挖進尺，支護及時跟進。

6)嚴格控制開挖工序，特別是一次開挖進尺。嚴格按照施工方案和規范標準施工。

7)洞口應常備一定數量的應急救援器材，以備突發情況緊急使用。

表4 天古崖隧道段初始風險等級表

4.2 突水(泥、石)風險控制措施

1)施工中嚴格遵循“預探支、嚴注漿、短進尺、弱爆破、強支護、勤量測、緊襯砌、及時反饋”的施工原則。

2)采用超前地質預報系統、紅外探水儀、鉆機超前探孔等綜合預測預報前方圍巖，判斷掌子面前方圍巖情況，適時調整支護類型和二襯參數等。

3)根據軟弱帶圍巖巖性、地下水分布，采用超前小導管注漿并預加固進行封堵，加固地層封堵逸水點。

4)配置合理的抽排水設備，使地下水按照管道預設方向排出，減少地下工程的滲水量。

4.3 既有隧道不利變形風險控制措施

1)隧洞施工采用超前固結灌漿加噴錨支護，即采用F40、長 3.5m 超前小導管注漿固結，環向間距 30cm，加固地層。開挖弱爆破減輕對天古崖隧道的影響。

2)施工過程中，實時監測天古崖隧道變形數據，包括：三維變形、地表下沉、結構應力應變、結構振動監測及襯砌質量監測。作為信息化施工的依據，及時調整隧道施工參數，確保天古崖隧道運營安全。

4.4 環境保護措施

1)隧道需按照環保、衛生規定和初步設計文件要求落實，根據地質地形、水文環境選擇碴場棄置，原則上為荒地，不占或少占農田，設永久性擋護和排水系統，綠化棄碴表面，便于完工后實施碴場復耕。

2)根據地質勘察成果和環保要求，認真研究地下水處理方案。一般局部滲漏地下水采用小導管注漿封堵，對于巖溶與巖溶水采用超前預注漿堵水。施工中嚴格按注漿工藝施工及檢查注漿效果，使預注漿達到設計要求。

3)隧道施工產生的污水須經凈化處理后方可排放，不可直排。機械存放點、維修點等做好隔離溝，將廢油、廢水集中到隔油地，經處理后統一排放。

4)為避免隧道施工造成地下水流失，影響水文環境，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，降低地下水擾動，減少地下水流失。

5)對于施工場地布置應統籌規劃，分期安排；施工場地及便道設置不得惡化洞口工程條件。

4.5 投資風險控制措施

隧道施工安全風險和環境風險的復雜性，決定了工程投資實行動態管理的必然性，在保證安全風險得以有效控制的基礎上，避免發生工程投資增大風險。嚴格執行規定，按項目管理試驗室的方法組織現場進度、安全質量管理，保證現場規范可控。

4.6 工期風險控制措施

1)嚴格按針對性的施工方案進行施工，有效避免施工風險，在確保安全的前提下，有效推進施工生產。

2)綜合圍巖類別、工程地質、安全、經濟、環保等因素，合理優化施工方案，提高施工效率，降低工期風險。

3)根據施工環境及方法，合理配備機具，有效組織施工人員，做好工序銜接，避免工序失衡。

5 結 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營。文章通過對引黃工程下穿鐵路岢瓦線天古崖隧道施工過程中的風險因素分析，認為引黃工程下穿鐵路岢瓦線天古崖隧道風險等級為“高度”的事件適度采用工程措施，可將風險等級降為“中度”或“低度”。殘留風險仍為中度的，施工時嚴格按照設計要求，制定專項預案及針對措施，加強施工監控量測，可確保工程建設的多個目標風險處于受控狀態。