鐘鳴二號隧道施工階段風險評估

王樹杰，楊新安，李得昌

(同濟大學 城市軌道與鐵道工程系，上海 200092)

隧道施工風險大，國外早在20世紀90年代中期就已給出了實用的風險分析技術，并將其應用于公路隧道[1]。根據我國鐵道部2007年發布的《鐵路隧道風險評估與管理暫行規定》[2](以下簡稱暫規)，所有隧道在施工階段都需進行風險評估，特別是風險因素較多的高難度施工隧道。本文在設計階段施工組織設計、現場調查和以往工程實例[3-5]的基礎上，結合暫規對寧安鐵路鐘鳴二號隧道施工進行了風險評估。

1 工程概況

鐘鳴二號隧道是新建寧安城際鐵路池州至安慶段的一條施工難度較高的隧道。隧道位于安徽省銅陵縣鐘鳴鎮境內，起訖里程為DK140+830—DK141+628，全長798 m。隧道穿越地層地質條件差，隧道全長屬淺埋、Ⅴ級圍巖，局部屬超淺埋;地下水主要為基巖裂隙水，不發育，降雨后滲水嚴重;圍巖遇水易軟化變形，施工難度大。同時，隧道為寧安鐵路鋪架工程的主要運梁通道，工期緊，控制指標高。

鐘鳴二號隧道進、出口端各有75 m、63 m采用明挖法施工;隧道采用新奧法施工原理進行開挖，進、出口段采用中隔壁法(CD法)施工，洞身圍巖較穩定段改為三臺階臨時仰拱法。

2 隧道施工主要風險因素分析

2.1 地質條件風險

1)土質松散。隧道洞身及上覆地層軟弱，裂隙多，屬Ⅴ級圍巖。由于隧道洞身位于地下水水位以下，在施工過程中，受地下水的影響，粉質黏土和全風化層易變形，向洞室臨空面擠出;粗圓礫土(夾漂石)組成的圍巖很不穩定，頂部掉塊嚴重，部分頂部掉塊后超挖30～40 cm。雨天地下水豐富，圍巖土體易滲漏，容易造成圍巖內細顆粒的大量流失，極易發生塌方，引起洞壁失穩和地表沉陷。

隧道明挖段屬高邊坡施工，最高達18 m。邊坡揭露多為粉質黏土，土質松軟，遇水易軟化滑塌。施工中已采用錨噴網加固，但由于錨桿長度偏小，防護效果不好，曾發生仰坡滑動導致導向墻倒塌事故。兩側邊坡及仰坡多次出現裂縫，采用一些措施后，使得裂縫影響減小。但裂縫仍在發展，如防護不當，遇雨天極有可能引起山體開裂變形，甚至再次坍塌。

2)淺埋。隧道的覆蓋層厚度僅0～22 m，屬于超淺埋或淺埋開挖。圍巖內無有效的承拱作用，易造成拱頂塌方;隧道變形不易控制，容易造成山體開裂變形[6]。隧道一旦坍塌，很可能發生冒頂事故。同時，雨天地表水通過基巖裂隙大量滲入，降低圍巖強度，增加開挖難度，極易造成圍巖失穩。

3)偏壓。隧道進、出口段屬洞口淺埋、偏壓地段。出口端偏壓嚴重，右側最小埋深5 m。偏壓地段由于圍巖受力不對稱，隧道成拱效果不好，穩定性差。開挖后與初期支護完成前，在周邊圍巖側向壓力的情況下，覆蓋層薄的一側洞身易出現坍塌，形成“神仙洞”[7-8]。

2.2 環境條件風險

1)沖溝。在隧道右側存在一條沖溝，在里程DK140+980—DK141+5處與隧道斜交，過隧道中線，根據地形走勢DK140+990—DK141+10段為隧道埋深的最淺處。其附近村民為種樹挖掘了一處水坑，水坑底部距隧道頂部僅3.5 m，并且地層松散夾有漂石。降雨后雨水匯聚于此，對隧道施工影響非常大，很有可能發生坍塌冒頂事故。

2)下穿公路。隧道在里程 DK141+110—DK141+120處下穿一條公路，埋深21 m。因附近建立了一處料場，重載車輛大量通過，其動荷載對隧道施工影響巨大，極易引起圍巖變形和隧道塌方。

3 風險評估

3.1 風險指標體系

根據對隧道主要的地質條件和環境條件風險因素分析，總結得出鐘鳴二號隧道施工主要風險事件有塌方、山體開裂變形和邊坡坍塌。目標風險為安全風險、工期風險和環境風險。結合以往工程實例，建立鐘鳴二號隧道施工風險指標體系，見表1。

3.2 風險評價標準

鐵路隧道風險分級標準包括事故發生概率的等級標準、事故發生后果的等級標準和風險等級標準。當風險等級為低度和中度時，風險為可接受和可忽略范圍;當風險等級為高度和極高時，必須針對風險采取措施，將風險降低到可接受或可忽略范圍。風險分級標準具體內容詳見暫規[1]。

表1 鐘鳴二號隧道施工風險評估指標體系

3.3 隧道初始風險等級評估

根據風險分級及接受標準，采用專家打分法對初始風險等級進行評估，基于保守考慮，取安全風險、工期風險和環境風險中概率等級和后果等級的最大值，再利用“R=P×C”(R表示風險，P表示風險因素發生的概率，C表示風險因素發生時可能產生的后果)法求出隧道綜合風險權重，最終得到隧道各段施工風險事件的風險等級，評估結果見表2。

表2 鐘鳴二號隧道初始風險等級表

4 主要風險控制措施

按照評估結果，本隧道各段施工風險事件雖風險綜合權重不同，但全屬高度等級風險，屬不可接受范圍，需采取針對性措施將風險降低至可接受或可忽略范圍。限于篇幅，本文僅對隧道施工中的典型風險控制措施進行闡述。

1)邊坡坍塌風險控制措施

施工應改用長錨索噴網防護，加深錨桿打入深度，利用穩定土體的牽拉作用使高邊坡穩定;在高邊坡上部采用地表注漿對土體進行加固;對邊坡上部卸載。

2)塌方風險控制措施

在洞口段及圍巖較差段，開挖施工嚴格按照中隔壁法(CD法)施工;若圍巖比較穩定，可將施工方法更換為三臺階臨時仰拱法，以加快施工進度。盡量縮短開挖進尺，仰拱及時閉合，二襯緊跟，控制預留變形量，同時加強監控量測。洞口采用長管棚預支護，其他段采用雙層小導管注漿加固。

3)山體開裂變形風險控制措施

對明挖段頂面卸載，坡面采用長錨索噴網防護;暗挖段采用地表注漿加固，洞頂用鋼管打入加固。

4)沖溝段風險控制措施

沖溝段更改開挖方式，采用明挖法施工，邊坡高度控制在18 m以內;在明挖處向前增加一個進口，以提高施工進度，保證工期要求。同時采取防止邊坡坍塌風險控制措施。

5)下穿公路段風險控制措施

施工至公路處，先將公路改道，待隧道二襯施工完成后，再移回原處。同時采取防止塌方、山體開裂變形風險控制措施。

5 殘余風險

針對初始風險采取以上多項施工技術措施后，施工風險會相應降低，但不可能完全消除，結合初始風險評估結果和制訂的對策措施，對鐘鳴二號隧道施工殘余風險進行評估，評估結果顯示風險等級都已降至中度或低度，為可以接受風險。

6 結論

1)鐘鳴二號隧道是典型的淺埋高風險隧道，又與沖溝斜交，下穿公路，施工風險高。通過對地質條件和環境條件風險因素進行分析，確認施工存在塌方、邊坡坍塌、山體開裂變形的安全風險，同時存在工期風險和環境風險。

2)根據風險分級及接受標準，采用專家打分法對初始風險等級進行評估，再利用“R=P×C”法求出隧道綜合風險權重，得到鐘鳴二號隧道各段各風險事件的風險等級。

3)針對初始風險，對隧道主要風險提出多項技術、管理措施。殘余風險等級降至中度或低度，措施有效地降低了隧道施工風險。

4)隧道施工風險大，風險管理應貫穿于工程實施的整個過程，施工時應跟蹤措施實施后的風險因素及風險等級變化，實施動態化的風險管理。

[1]STURK R，OLSSON L，JOHANSSON J.Risk and decision analysis for large underground projects，as applied to the Stockholm ring road Tunnels[J].Tunnelling and Underground Space Technology，1996，11(2):157-164.

[2]中華人民共和國鐵道部.鐵建設[2007]200號 鐵路隧道風險評估暫行規定[S].北京:人民鐵道出版社，2007.

[3]熊華倫.論淺埋、偏壓及軟弱圍巖隧道施工技術[J].西部探礦工程，2005(11):138-139.

[4]陳韶光.青山崗隧道施工塌方的風險評價[J].公路工程，2008，33(5):91-92.

[5]夏曾銀.淺埋偏壓軟巖隧道施工技術[J].西部探礦工程，2006(1):164-166.

[6]李鋒.翔安隧道強風化層施工的風險管理[D].上海:同濟大學，2007.

[7]王海明.吉青嶺隧道淺埋偏壓進口段施工風險分析及綜合防治措施[J].探礦工程，2010，37(1):79-81.

[8]楊忠，蔣忠全，李兵，等.金牛山隧道下穿京福高速公路施工風險評估分析[J].鐵道建筑，2011(10):44-46.