象山特長鐵路隧道重大風(fēng)險(xiǎn)評估及控制

鐘有信 耿 偉 胡 斌

(中國中鐵隧道集團(tuán)有限公司，河南洛陽 471009)

任何隧道與地下工程均潛在風(fēng)險(xiǎn)。地質(zhì)勘測不足、設(shè)計(jì)失誤、施工缺陷、缺乏信息溝通、不良水文地質(zhì)條件及不可抗力等眾多原因，皆將導(dǎo)致風(fēng)險(xiǎn)事故的發(fā)生。近年發(fā)生于宜萬鐵路高陽寨隧道、都汶公路董家山隧道、上海地鐵黃浦江隧道等事故，讓參建各方體會到項(xiàng)目成敗與風(fēng)險(xiǎn)受控與否息息相關(guān)。

鑒于風(fēng)險(xiǎn)管理的重要性，許多專家、學(xué)者近年來對其展開了廣泛探討與研究，并取得了一些重要成果。如工程院院士王夢恕在第八次全國巖石力學(xué)與工程學(xué)術(shù)大會提出:任何一項(xiàng)工程，從規(guī)劃，勘察設(shè)計(jì)、施工直到運(yùn)營，都應(yīng)該進(jìn)行安全、風(fēng)險(xiǎn)性、可靠性評估體系的分析，而非在預(yù)可性、可行性研究階段只進(jìn)行經(jīng)濟(jì)投資風(fēng)險(xiǎn)評估的狹義做法［1］;中南大學(xué)毛儒教授指出，在風(fēng)險(xiǎn)評估后，須將風(fēng)險(xiǎn)管理如同工程監(jiān)理一樣納入工程科學(xué)管理環(huán)節(jié)，才能使工程建設(shè)健康發(fā)展［2］;在風(fēng)險(xiǎn)評估研究方面，路美麗等總結(jié)性地提出國外目前在定性風(fēng)險(xiǎn)評估、定量風(fēng)險(xiǎn)評估主要方法，并提出其中的風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法是較適應(yīng)國情的方法［3］。

在鐵路隧道風(fēng)險(xiǎn)評估研究方面，武贊等提出工程全壽命周期內(nèi)安全風(fēng)險(xiǎn)、工期風(fēng)險(xiǎn)、投資風(fēng)險(xiǎn)、環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)及第三方風(fēng)險(xiǎn)的評估模式［4］;陳赤坤等就鐵路隧道風(fēng)險(xiǎn)評估體系方面，提出風(fēng)險(xiǎn)因素?cái)?shù)據(jù)、風(fēng)險(xiǎn)因素概率和權(quán)重的取值等是風(fēng)險(xiǎn)評估的關(guān)鍵技術(shù)問題的觀點(diǎn)［5］。

在風(fēng)險(xiǎn)管理與控制研究方面，周楊等提出了不同于ALARP(As Low As Reasonably Possible)風(fēng)險(xiǎn)控制原則，即基于LQI(Life Quality Index)隧道工程人員安全的風(fēng)險(xiǎn)控制決策模型，它將社會功效作為風(fēng)險(xiǎn)控制的衡量標(biāo)準(zhǔn)［6］。

在風(fēng)險(xiǎn)評估與管理實(shí)踐方面，張榮貴等在向莆鐵路(福建段)施工項(xiàng)目中，提出了利用風(fēng)險(xiǎn)評估為基礎(chǔ)的地質(zhì)災(zāi)害超前預(yù)報(bào)模式，結(jié)合當(dāng)前主流的超前預(yù)報(bào)技術(shù)特點(diǎn)，針對不同控制性災(zāi)害地質(zhì)異常，提出了優(yōu)選的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)組合［7］;王華牢等通過對臥龍崗隧道施工塌方風(fēng)險(xiǎn)評估，明晰了隧道塌方誘因，在通過控制爆破震動、加強(qiáng)初期支護(hù)及二次襯砌緊跟等技術(shù)措施后，使隧道風(fēng)險(xiǎn)得到有效控制［8］。

綜上所述，相關(guān)文獻(xiàn)要么側(cè)重于風(fēng)險(xiǎn)評估管理的理論研究，要么在側(cè)重于于風(fēng)險(xiǎn)評估與管理的某一個(gè)方面的實(shí)踐總結(jié)。現(xiàn)以龍巖至廈門象山特長隧道為實(shí)例，介紹按照我國初步發(fā)布的現(xiàn)行鐵路工程風(fēng)險(xiǎn)評估與管理的規(guī)范要求，具體工作中如何組織風(fēng)險(xiǎn)評估以及在施工過程中怎樣針對性地制定風(fēng)險(xiǎn)管理的技術(shù)措施。

1 工程設(shè)計(jì)概況

象山隧道的左(右)線隧道進(jìn)出口里程為 DK(YDK)19+690、DK(YDK)35+588，左右線隧道長度分別為15 898 m、15 917 m。隧道開挖斷面68.1～87.5 m2，隧道成型后其軌面以上一般斷面凈空面積為52 m2，內(nèi)凈寬為690 cm，內(nèi)凈高為765 cm，單側(cè)設(shè)置貫通的救援通道。隧道除偏壓路塹式明洞段采用整體式襯砌外，其余地段均為復(fù)合式襯砌，采用雙塊式無砟軌道結(jié)構(gòu)形式。隧道進(jìn)出口段位于曲線上，其余地段均位于直線上。左右線隧道內(nèi)縱坡均為進(jìn)口—出口單面下坡，屬緊坡地段。據(jù)地質(zhì)勘察數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，象山隧道的圍巖分級構(gòu)成如圖1所示。象山隧道采用鉆爆法施工，設(shè)計(jì)工期35個(gè)月。為實(shí)現(xiàn)長隧短打目的，隧道中部設(shè)有五座斜井，承擔(dān)著13.6 km正洞施工任務(wù)量，其中，2號、3號、4號斜井為有軌運(yùn)輸斜井，設(shè)有5座斜井(其中1號和5號斜井為無軌運(yùn)輸，2號、3號、4號有軌運(yùn)輸斜井坡度大，井身長，分別為22°/508.17 m、23.08°/905.65 m、23.04°/894.28 m)。

圖1 隧道圍巖級別構(gòu)成

從隧址水文地質(zhì)、工程規(guī)模、工期要求等情況看，工程風(fēng)險(xiǎn)因素多，施工難度大。其主要難點(diǎn):①隧道地處閩西南拗陷帶之龍巖向斜的東翼并穿過政和—大埔深大斷裂帶，受復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造影響，隧址區(qū)圍巖破碎，構(gòu)造發(fā)育，構(gòu)造殘余應(yīng)力復(fù)雜多變，地下水很發(fā)育，根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，隧道日涌水量最高時(shí)達(dá)164 175 m3/d，斷層破碎帶等不良地質(zhì)體區(qū)段容易引發(fā)突泥突水。②為提高平行作業(yè)工效，進(jìn)出口之間設(shè)計(jì)有3座陡長的有軌運(yùn)輸斜井，斜井對施工不僅運(yùn)輸能力與安全壓力大，而且多級排水系統(tǒng)給隧道緊急涌水抽排水提出了極大的淹井風(fēng)險(xiǎn)。③隧道穿越的巖溶發(fā)育區(qū)嚴(yán)重威脅著洞內(nèi)施工安全，同時(shí)所在地段地表居民、廠礦建筑物密集，巖溶突水對地面建筑安全產(chǎn)生嚴(yán)重影響。其他復(fù)雜地層條件及環(huán)境影響因素列于表1。

2 風(fēng)險(xiǎn)識別與評估

2.1 初始風(fēng)險(xiǎn)識別

風(fēng)險(xiǎn)是對人身安全、環(huán)境、財(cái)產(chǎn)有潛在損害和對工程有潛在經(jīng)濟(jì)損失或延期的不利事件發(fā)生的頻率和影響結(jié)果的綜合。國際隧道協(xié)會認(rèn)為，它是風(fēng)險(xiǎn)事件發(fā)生的可能性(概率)Pr與風(fēng)險(xiǎn)事件發(fā)生后對工程項(xiàng)目的影響結(jié)果q的雙因子函數(shù)，用表達(dá)式可表示為R=f(Pr，q)。根據(jù)《鐵路隧道風(fēng)險(xiǎn)評估與管理暫行規(guī)定》(鐵建設(shè)［2007］200號)，鐵路隧道風(fēng)險(xiǎn)劃分為五類:安全風(fēng)險(xiǎn)、環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)、工期風(fēng)險(xiǎn)、投資風(fēng)險(xiǎn)及第三方風(fēng)險(xiǎn)等。為貫徹安全第一的原則，施工階段的風(fēng)險(xiǎn)評估以安全風(fēng)險(xiǎn)、環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)為重點(diǎn)［9］。風(fēng)險(xiǎn)評估第一步是對工程進(jìn)行系統(tǒng)地風(fēng)險(xiǎn)識別。

表1 不良工程地層與環(huán)境情況

一般來說，風(fēng)險(xiǎn)識別工作時(shí)以動態(tài)風(fēng)險(xiǎn)識別為主線，以靜態(tài)風(fēng)險(xiǎn)識別為手段，風(fēng)險(xiǎn)在建設(shè)周期內(nèi)各階段認(rèn)知的深度不同。在施工階段(相對設(shè)計(jì)階段而言)，它開始得到直觀揭露與核實(shí)，施工階段的風(fēng)險(xiǎn)識別對它的控制與管理具有現(xiàn)實(shí)意義。因此，施工單位應(yīng)綜合項(xiàng)目特點(diǎn)、施工工藝、施工時(shí)邊界條件的變化、已揭示圍巖狀況、超前地質(zhì)預(yù)報(bào)結(jié)果、監(jiān)控量測及施工經(jīng)驗(yàn)等信息，在設(shè)計(jì)階段風(fēng)險(xiǎn)評估的基礎(chǔ)上，再次對隧道的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評估，以便規(guī)避施工過程中的重大風(fēng)險(xiǎn)。施工階段的風(fēng)險(xiǎn)管理是工程壽命周期中風(fēng)險(xiǎn)能否得到有效控制的關(guān)鍵時(shí)期。

象山隧道風(fēng)險(xiǎn)識別采取頭腦風(fēng)暴法結(jié)合德爾菲法進(jìn)行。象山隧道開工初期，恰逢鐵道部發(fā)布《鐵路隧道風(fēng)險(xiǎn)評估與管理暫行規(guī)定》，象山隧道參建各方以此為契機(jī)，立即組成風(fēng)險(xiǎn)評估組，著手將工程風(fēng)險(xiǎn)管理納入工程系統(tǒng)管理體系。常用的風(fēng)險(xiǎn)識別方法主要有專家調(diào)查法、核對表法、風(fēng)險(xiǎn)矩陣法(Risk Matrix)、德爾菲法 (Delphi法)、頭腦風(fēng)暴法(Brainstorming法)、故障樹分析法(FTA法)［10］，風(fēng)險(xiǎn)評估組經(jīng)比優(yōu)、權(quán)衡后，綜合采用了頭腦風(fēng)暴法、德爾菲法。

(1)收集和研究資料

專家組只有獲得足夠的工程資料，并對資料作出系統(tǒng)的研究分析，較好把握項(xiàng)目重難點(diǎn)，才能保證風(fēng)險(xiǎn)識別的有效性。本項(xiàng)目需收集的資料主要有:設(shè)計(jì)圖紙、地質(zhì)勘察報(bào)告、隧址區(qū)居民分布、類似工程信息及實(shí)施性施工組織設(shè)計(jì)等。

(2)確定主要風(fēng)險(xiǎn)類型

根據(jù)鐵道部有關(guān)文件要求，施工階段側(cè)重以安全風(fēng)險(xiǎn)、環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)為管理目標(biāo)。

(3)分析基本風(fēng)險(xiǎn)的組成

專家組各自采用風(fēng)險(xiǎn)識別專業(yè)技術(shù)，分析引起基本風(fēng)險(xiǎn)的因素及其相互關(guān)系，以確定基本風(fēng)險(xiǎn)的構(gòu)成。

(4)建立基本風(fēng)險(xiǎn)系統(tǒng)

采用層次分析法和德爾菲法，確定象山隧道工程基本風(fēng)險(xiǎn)的遞階層次結(jié)構(gòu)，并確定各個(gè)層次的相互權(quán)重，最終建立起該工程的基本風(fēng)險(xiǎn)系統(tǒng)。

象山隧道安全風(fēng)險(xiǎn)的識別分析模式如圖2。

圖2 安全風(fēng)險(xiǎn)識別模式

2.2 風(fēng)險(xiǎn)等級評估

評估組在對風(fēng)險(xiǎn)識別后，對所有風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)估計(jì)。風(fēng)險(xiǎn)評估就是對識別出的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行測量，包括風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生概率、出現(xiàn)后將造成的后果(損失)。鑒于鐵路隧道風(fēng)險(xiǎn)評估起步較晚，可參考數(shù)據(jù)缺乏，風(fēng)險(xiǎn)評估時(shí)方法主要采用主觀估計(jì)方式(如專家調(diào)查法)。實(shí)際風(fēng)險(xiǎn)評估時(shí)，象山隧道也是采取專家調(diào)查法結(jié)合頭腦風(fēng)暴法的方式。象山隧道初始風(fēng)險(xiǎn)評估情況摘錄于表2。

2008年7月4～5日，龍廈鐵路工程建設(shè)指揮部在龍巖市主持召開了以鐵道部邀請的史玉新為組長、關(guān)寶樹為副組長的專家審查會，與會專家在踏勘現(xiàn)場，聽取了參建單位匯報(bào)后進(jìn)行了深入細(xì)致的討論，并對參建單位提交的《象山隧道風(fēng)險(xiǎn)評估報(bào)告》進(jìn)行評審，最終形成審核結(jié)論為:象山隧道地質(zhì)條件極為復(fù)雜，存在突水突泥、地面塌陷、煤層瓦斯異常等地質(zhì)問題，建議象山隧道施工應(yīng)按Ⅰ級風(fēng)險(xiǎn)隧道進(jìn)行建設(shè)管理。

3 風(fēng)險(xiǎn)控制與管理

風(fēng)險(xiǎn)控制管理是風(fēng)險(xiǎn)評估的最終目的。鐵路隧道工程項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)控制管理要求采用國際隧協(xié)推薦的ALARP準(zhǔn)則［11］，即將風(fēng)險(xiǎn)按影響程度劃到三個(gè)區(qū):不可接受區(qū)、ALARP區(qū)、可接受區(qū)。不可按受區(qū)的風(fēng)險(xiǎn)為極高風(fēng)險(xiǎn)，必須采取有效預(yù)防與控制技術(shù)措施來減輕、轉(zhuǎn)移或規(guī)避風(fēng)險(xiǎn);對ALARP區(qū)風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)在經(jīng)濟(jì)合理的前提下盡量降低風(fēng)險(xiǎn)，可接受區(qū)的風(fēng)險(xiǎn)為低度風(fēng)險(xiǎn)，不必采取控制措施。經(jīng)過專家組對象山隧道風(fēng)險(xiǎn)的等級評估，確定了分布于不可接受區(qū)、ALARP區(qū)的風(fēng)險(xiǎn)因素主要有巖溶溶洞、斷層破碎帶、軟巖大變、塌方、瓦斯涌出等。針對象山隧道這些極高與高度風(fēng)險(xiǎn)因素所制定的風(fēng)險(xiǎn)總體控制對策列于表3。

表2 象山隧道初始風(fēng)險(xiǎn)評估等級(摘錄)

表3 象山隧道風(fēng)險(xiǎn)控制總體對策

象山隧道穿越10條富水?dāng)鄬悠扑閹В谑┕み^程中采取了如下風(fēng)險(xiǎn)控制措施:

①隧道工程的地下水處理應(yīng)遵循“先探后掘、以堵為主、堵排結(jié)合、可控排放、擇機(jī)封堵”的處理原則［12］。

②按地質(zhì)分級預(yù)報(bào)的原則，采取 TSP 203、高密度電法、紅外探測儀、地質(zhì)雷達(dá)和超前地質(zhì)鉆孔進(jìn)行中長距離預(yù)報(bào)，采用地質(zhì)素描法、短距離鉆孔等進(jìn)行短距離預(yù)報(bào)，將所采集的原始數(shù)據(jù)和分析過程、分析結(jié)果報(bào)請專家審核，為下一步施工提供較準(zhǔn)確的地質(zhì)預(yù)報(bào)信息。

③針對地質(zhì)預(yù)報(bào)提供的地下水賦存環(huán)境，采取分級注漿標(biāo)準(zhǔn)，如全斷面超前預(yù)注漿、徑向注漿、局部注漿、補(bǔ)充注漿及回填注漿堵水等，并嚴(yán)格注漿后開挖前的查驗(yàn)與參建各方的會審確認(rèn)工作，防止意外開挖引發(fā)洞周地下水大量動態(tài)泄放的突涌水事故。

④對于斷層破碎帶高壓富水區(qū)，要嚴(yán)格施工安全性判斷和完善風(fēng)險(xiǎn)對策，健全施工監(jiān)控量測和信息反饋系統(tǒng)。對開挖工作面的地質(zhì)鉆孔，應(yīng)做好探孔的涌水量、水壓力及泥沙含量等監(jiān)測，當(dāng)結(jié)合超前地質(zhì)預(yù)測推定工作面前方有發(fā)生突涌水的可能性時(shí)，必須停止開挖并采取適當(dāng)措施如注漿堵水等方式處理［13］。

⑤確保施做仰拱、填充、二次襯砌及時(shí)跟進(jìn)開挖面，防止發(fā)生圍巖失穩(wěn)與坍塌。

⑥對于已經(jīng)開挖揭露的集中涌水點(diǎn)，應(yīng)開挖通過后盡快進(jìn)行局部注漿、徑向注漿堵水處理;對于巖面滲滴水、線狀滲水等散狀水，應(yīng)在襯砌施工前進(jìn)行補(bǔ)充注漿進(jìn)行堵水處理。

4 結(jié)論

(1)象山特長隧道因工程規(guī)模大、水文地質(zhì)條件復(fù)雜等情況潛在較高風(fēng)險(xiǎn)，通過組織風(fēng)險(xiǎn)評估專家依據(jù)現(xiàn)行的鐵路隧道風(fēng)險(xiǎn)評估管理標(biāo)準(zhǔn)，對工程的巖溶、巖洞、斷層破碎帶、采空區(qū)、地表失水、軟巖大變形、塌方、瓦斯涌出和徒長有軌斜井運(yùn)輸?shù)仁┕わL(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行了的風(fēng)險(xiǎn)評估，最終確定巖溶突泥及斷層破碎帶等地質(zhì)問題潛在著涌水、突泥、淹井和誘發(fā)地表沉陷和房屋開裂等風(fēng)險(xiǎn)事件，是象山隧道施工時(shí)時(shí)極為重要的風(fēng)險(xiǎn)因素。

(2)基于風(fēng)險(xiǎn)評估，在象山隧道施工過程管理過程中，通過采取項(xiàng)目組織、管理、技術(shù)相結(jié)合的方式，針對性地采取超前地質(zhì)預(yù)報(bào)、帷幕注漿與信息反饋等風(fēng)險(xiǎn)控制技術(shù)措施，有效地預(yù)防了施工期間工程事故的發(fā)生，確保了工程安全順利完成，達(dá)到了施工風(fēng)險(xiǎn)得到有效控制的管理目的。

(3)鐵路隧道的風(fēng)險(xiǎn)評估與管理工作仍屬于起步時(shí)期，建立和健全適合國情和鐵路建設(shè)需要的風(fēng)險(xiǎn)評估體系是一個(gè)較龐大的系統(tǒng)工程，需要在實(shí)踐過程中遵循循序漸進(jìn)、逐步完善的原則。因而，建議應(yīng)先站足于人本觀念和地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)因素，側(cè)重于單目標(biāo)的安全風(fēng)險(xiǎn)評估，在此基礎(chǔ)上，再進(jìn)行環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、工期等多目標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)評估。

(4)目前鐵路隧道的風(fēng)險(xiǎn)管理基本采取風(fēng)險(xiǎn)自留的處理模式，希望將其引入市場，采用風(fēng)險(xiǎn)轉(zhuǎn)移的策略適當(dāng)轉(zhuǎn)移風(fēng)險(xiǎn)，如保險(xiǎn)通過向保險(xiǎn)公司交納一定數(shù)額保險(xiǎn)費(fèi)，當(dāng)風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生時(shí)以獲得保險(xiǎn)公司補(bǔ)償，即將風(fēng)險(xiǎn)轉(zhuǎn)移給保險(xiǎn)公司。

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