金牛山隧道下穿京福高速公路施工風險評估分析

楊 忠，蔣宗全，李 兵，朱浩波，高 亮

(1.中國水電集團，北京 100048;2.北京交通大學，北京 100044)

隧道工程與其他工程項目相比，具有隱蔽性強、工序復雜和風險大等突出的特點。當隧道穿越地層條件較差，且要穿越既有建(構)筑物時，上述特點顯得更為突出。這是因為隧道施工過程中，要嚴格控制隧道開挖引起的地層變形過大，同時還要兼顧隧道結構體自身的施工安全。基于此，本文以金牛山隧道下穿京福高速公路為工程背景，對隧道施工中存在的風險進行分析，為該項目及類似工程的建設提供一定的參考。

1 工程概況

金牛山隧道位于新建鐵路DK465+335～DK467+240處，全長1 905 m，雙線單洞，隧道最大斷面約130 m2。其中，隧道在 DK466+230～DK466+330和DK466+560～DK466+660區段分別下穿京福高速公路C匝道和京福高速公路(如圖1～圖3)，穿越全長共為200 m。隧道采用三臺階法施工，拱頂至路面垂直距離分別為9.280 m和12.045 m，穿越地層為花崗片麻巖，局部夾脈狀角閃巖及石英巖，弱風化，節理裂隙發育，呈碎石狀玉碎結構，圍巖級別為Ⅳ級。

2 風險辨識和分析

根據金牛山隧道施工組織設計及工程地質勘察報告等相關資料，對隧道采用三臺階法施工穿越京福高速公路進行風險辨識和分析。

圖1 隧道下穿京福高速公路C匝道橫斷面(單位:m)

圖2 隧道下穿京福高速公路橫斷面(單位:m)

2.1 風險辨識

圖3 隧道穿越京福高速公路平面示意

風險辨識，即找出工程施工過程中所有的潛在風險因素，并進行歸類整理、篩選，找出風險點［1］。對金牛山隧道下穿京福高速公路的施工風險分析，主要從以下兩個方面展開:①隧道施工對周圍環境的影響;②隧道施工結構體自身的安全分析。針對具體的工程，運用專家調查法、故障樹法并結合以往類似工程資料，整理出每個方面的風險事故(如表1)。

表1 金牛山隧道下穿京福高速公路施工風險辨識

2.2 風險分析

2.2.1 隧道施工對周圍環境的影響風險分析

1)爆破對周圍環境的影響風險。

2)隧道施工引起的地層沉降對周圍環境的影響風險。

隧道施工引起的地層沉降對周圍環境的影響是地下工程建設過程中控制的重點和難點。一旦施工引起地層沉降過大，勢必會導致路面塌陷，建(構)筑物產生傾斜、裂縫和地下管線損壞等。

3)隧道施工引起的周圍環境污染和噪聲污染。

2.2.2 隧道施工結構體自身的安全風險分析

1)施工方法選擇的風險。施工方法在設計階段已經確定，其主要包括隧道的開挖方法、開挖進尺、支護參數選取等方面。一旦施工方法選擇不當，將會導致隧道周圍圍巖變形過大，甚至有可能導致隧道坍塌。

2)地質勘察資料的影響風險。設計階段的地質勘察是不夠詳細和周全的，如果實際地質條件比預想的要差，那么按照原有的施工方案進行施工必將增大隧道的安全風險。

3)隧道埋深較淺風險。本工程中，隧道穿越京福高速公路時最小埋深為9.28 m，這不僅增加了隧道施工對周圍環境的影響風險，同時也加大了隧道自身結構體的施工風險。

4)施工工期的影響風險。施工工期是制約工程質量的一個重要因素。實際工程中，由于各方面的原因經常會出現工期明顯偏短的現象，這就可能導致工程建設質量難以保證和安全風險事故發生。

5)建設資金的影響風險。建設資金的數目通常是業主單位在招標階段已經確定，然而，一些施工單位中標后無法保質保量，另外，有些業主單位由于各方面的原因使得建設資金不到位，增大工程的安全風險。

6)施工人員綜合素質的影響風險。施工人員是項目具體建設的主體，其綜合素質的高低直接影響著工程的建設質量。

3 風險評價

3.1 風險評價標準

此隧道風險評估與管理研究所采用的風險評估方法和評價準則均依據有關研究［2］。下面分別以表格的形式給出風險發生概率、后果損失、風險評估矩陣以及風險接受準則標準(見表2～表5)。

表2 風險發生概率等級

表3 風險后果損失等級

表4 風險評估矩陣

表5 風險接受準則

3.2 風險評價

根據以上對金牛山隧道下穿京福高速公路施工可能存在的各種風險事故進行綜合匯總分析，采用專家調查法，并依據風險評估矩陣對其風險等級進行評估。其風險評價見表6。

表6 金牛山隧道下穿京福高速公路施工風險評價結果表

4 風險控制措施

風險的存在是不可避免的，但可以通過一些工程技術措施降低風險。目前，風險控制主要有兩條思路:一是減小風險發生的概率，二是減小風險可能發生后的損失。在通常情況下，降低風險也就意味著增加投資，投入額外的人力物力對風險進行技術控制，而且達到一定程度后，增加大量投資僅能將風險程度作細微減小;但是對風險置之不理亦不可取，以往大量工程的事故案例一次又一次地向人們敲響警鐘。因而，應該先對風險按大小、性質進行區分，再針對不同風險采取可靠的風險控制措施［1］。

根據以往大量工程實踐經驗，結合金牛山隧道的工程特點，整理出應對風險的控制措施。

1)隧道施工對周圍環境的影響控制措施

①在高速公路下施工時，應嚴格按爆破設計進行施工，爆破所引起的地表振速應控制在周圍建(構)筑物和過往車輛響應所允許范圍內。

②嚴格控制開挖引起的地層沉降，做到及時監控量測，隨時掌握隧道周圍圍巖的變形情況。

③隧道開挖時，應進行爆破振動監測，及時反饋信息，調整爆破參數，減輕爆破振動效應，從而確保隧道施工安全。

2)隧道施工結構體自身的安全風險分析

①優化施工方法:通過對鉆爆法的各種施工方法進行數值模擬計算分析，條件允許的情況下最好進行試驗段研究來確定適合該工程的最優施工方法。

②為了對設計階段地質資料進行補充和證實，施工過程中必須采取超前地質預報，要以地質分析方法為基礎，參考長、短期地質超前預報，組成完整的地質超前預報技術體系。

③施工建設單位應加強施工人員的綜合素質培養，提高施工人員的風險防患意識，并制訂相關的緊急預案，在出現危險情況時能及時進行處理，使風險損失降至最小。

④隧道工程項目建設各方應經常積極主動溝通，合理協調各方關系，制訂合理的工期，落實工程建設資金，使項目得以順利實施。

5 結論

通過對金牛山隧道下穿京福高速公路施工風險辨識、分析、評價及控制措施研究，可得到如下結論:

1)隧道施工對周圍環境尤其是高速公路的影響風險是金牛山隧道下穿京福高速公路最大的風險，而隧道埋置較淺是導致這一風險事故可能發生的最主要的風險因素。

2)地質勘察資料的影響風險是隧道施工過程中的又一重大風險，針對具體的工程特點，采用長短結合的地質超前預報是預防這一風險事故發生的有效途徑。

3)與隧道施工對周圍環境的影響風險相比，隧道結構體自身的安全風險也不能忽視，尤以施工方法的選取風險最大，因此，應結合隧道具體的地質條件，比選和優化出最優的施工方法。目前，隧道采用三臺階法施工，實踐證明，該工法在控制地層變形方面是比較成功的。

［1］閆玉茹，黃宏偉，胡群芳，等.大連灣海底隧道鉆爆法施工風險評估研究［J］.巖石力學與工程學報，2007，26(增2):3616-3624.

［2］同濟大學.地鐵及地下工程建設風險管理指南［R］.上海:同濟大學，2007.