長大公路隧道斜、豎井工程建設風險評估的探討

姚 廣

（湖南科技大學，湖南 長沙 411201）

長大公路隧道的斜、豎井建設規模大，工程投資高、地質條件復雜，對施工技術和設備要求高，工期緊，工程施工環境風險多且大，如何避免在斜、豎井施工前因考慮不周而導致在施工和運營階段發生安全事故，避免不必要的重大損失和社會負面影響，對斜、豎井工程建設進行全方面的風險評估就顯得十分重要。

1 長大公路隧道斜、豎井的大規模建設

進入21世紀以來，我國高速公路建設中遇到的隧道、隧道群越來越多，隧道建設里程達到了300 km/年。6 km以上的超長隧道不斷涌現，為了施工通風及加快施工進度的需要，每條隧道均建有不同數量的斜、豎井，表1列舉了部分長大隧道的斜、豎井情況。

從表1可以發現，斜、豎井建設的難度越來越大。由于斜井受地形限制及為了縮短斜井長度、減少投資，斜井的坡度越來越大；豎井的深度也越來越深，導致建設的風險也越來越大。

對斜、豎井建設進行風險評估，提出建設當中的重點風險部位，對于控制事故的發生有積極的作用。

2 風險分析的基本理論

2.1 風險的定義[1]

在高級漢語大詞典當中，風險是這樣描述的：“危險；遭受損失、傷害、不利或毀滅的可能性。”在國際隧道協會，風險定義為：“災害事故對人身安全及健康可能造成損害的概率”。

國外對風險較權威的定義是這樣描述的：“風險是由于從事某項特定活動過程中存在的不確定性而產生的經濟或財務的損失、它具有普遍性與不確定性兩大特性”。

表1 部分長大隧道斜、豎井設置情況

2.2 風險的本質[1]

風險評估的側重點已經從尋找科學途徑轉移到使用現成方法計算和評估風險程度的工作上來。而風險管理則主要是指降低、觀察、控制風險的人類行為。

按照上面的觀點，風險分析的主要難點在于掌握風險系統的隨機性規律。風險的本質由工程所有的風險性質來決定。風險分析的性質可以分為以下幾種。

a）損害性 工程項目風險研究的目的是如何降低事故發生率，使工程項目在預期軌道上運行。

b）不確定性 即風險發生不利后果無論在空間、時間、強度以及是否發生都具有很強的不確定性。

c）復雜性 由于風險因素之間的相互作用，相互影響，使得一個風險系統變得異常龐大和復雜，有時很難用精確的概率分布或狀態方程來表達，此時，就不得不對問題進行適當的簡化，并借助模糊數學等工具進行分析。

2.3 風險估測

風險估測主要是采用定性和定量的方法對風險事故發生的可能性及嚴重程度進行數量估算。風險估測的方法應結合工程施工內容、安全管理方案、可能發生的事故特點等因素確定。

3 隧道斜、豎井建設風險評估

針對隧道斜、豎井工程風險評估的目的主要有：a）減少不確定性因素的影響，整理出隧道斜、豎井風險源，給出風險事件風險等級，幫助參建單位和行政主管部門作出決策。b）針對分析得到的隧道斜、豎井工程風險源，提出風險控制措施以降低各種風險，以達到安全、經濟、高效的管理目標。

開展隧道斜、豎井建設風險評估，分為以下幾個步驟。

3.1 斜、豎井建設重大安全風險整體評估

a）建立專項風險評估流程，見圖1。

圖1 專項風險評估流程圖

b）事故風險分析流程，見圖2。

圖2 魚刺圖法進行事故致因分析

3.2 風險源辨識及排序

主要針對隧道斜、豎井工程建設的特點，對建設過程中可能發生的風險事故進行風險源辨識。

篩查出的風險源大致列舉如下：井口坍塌事故、井內突水涌泥事故、井內塌方事故、與主洞接頂處的塌方事故、陡坡斜井運輸斗車斷纜導致的跑車事故、豎井出渣斗斷纜導致的高空墜落事故、通風不及時導致的窒息死亡事故、井內瓦斯爆炸事故等。

表2 事故可能性等級標準

表3 按人員傷亡等級標準

表4 按直接經濟損失等級標準

風險源重要性按照事故可能性等級（表2）、人員傷亡等級（表3）、直接經濟損失等級（表4）綜合比較得出的風險源排序為：井內塌方事故大于井內突水涌泥事故大于井口坍塌事故大于與主洞接頂處的塌方事故大于通風不及時導致的窒息死亡事故大于豎井出渣斗斷纜導致的高空墜落事故大于陡坡斜井運輸斗車斷纜導致的跑車事故大于井內瓦斯爆炸事故。

3.3 安全風險因素分析

3.3.1 井內塌方事故

a）通過斷層破碎帶、各種松散堆積體、巖層軟硬相間或有軟弱夾層的巖體、受地下水長期浸泡沖蝕溶解作用的巖體、膨潤土地層、淺埋段、流砂層、嚴重偏壓段。

b）地下水的軟化、浸泡、沖蝕、溶解等作用使得軟弱面的強度大為降低。

c）施工方法和措施不當引發圍巖突然變形。

d）施工人員盲目加快掘進進度，仰拱、二次襯砌滯后，造成工序嚴重失衡。

e）拱頂超挖嚴重，回填不及時造成局部應力集中發生坍塌。

3.3.2 井內突水涌泥事故

是巖溶隧道施工過程中常見的一種地質災害。導致突水涌泥主要有以下幾方面因素。

a）地質構造穿越富水斷層破碎帶。

b）基巖裂隙水、松散巖類孔隙水和碳酸鹽類巖溶水等可能沿著斷層破碎帶、巖層接觸面及溶洞位置相互貫通，成為地下水的通道。

c）掌子面圍巖為泥灰巖、角礫狀灰巖、含泥質條帶灰巖等。

3.3.3 井口坍塌事故

a）雨季暴雨沖刷邊仰坡造成失穩。

b）邊仰坡開挖后未噴錨支護造成風化失穩。

3.3.4 與主洞接頂處的塌方事故

a）與主洞接頂處支護強度不夠或支護齡期不夠。

b）爆破時未考慮另一側為臨空面導致裝藥量過大引起塌方。

3.3.5 通風不及時導致的窒息死亡事故

由于井底通風措施不全，未能及時吹散爆破產生的有害氣體而使得提前進入掌子面的工人造成窒息死亡事故。

3.3.6 豎井出渣斗斷纜導致的高空墜落事故

a）渣斗內裝渣量超出負荷能力。

b）吊裝的纜繩超過使用期限，在定期檢查中未能及時發現纜繩出現集中斷絲。

c）豎井出渣斗的吊裝發動機出現故障導致停止吊裝時間過長。

3.3.7 陡坡斜井運輸斗車斷纜導致的跑車事故

與豎井出渣斗斷纜導致的高空墜落事故情況基本相同。

3.3.8 井內瓦斯爆炸事故

對井內瓦斯濃度超標的警戒度不夠。

3.4 風險控制措施

針對上面已排查出的風險因素，建議采用以下風險控制措施。

a）結合隧道勘察結果，采用超前探孔、地質雷達、TSP等超前探測手段對掌子面前方圍巖進行綜合預報，對不良地質引起足夠的重視，并采取相應的措施；對于地下水導致的圍巖軟化應及時鉆孔排水并加強支護；對施工人員進行崗前培訓，糾正斜、豎井施工與主洞施工過程中工序、方法不一致的錯誤認識。

b）為防止巖溶涌水、突泥，采用超前鉆孔探測，單孔流量大于2 L/s時，預留5～10 m的巖盤進行注漿堵水；單孔流量小于2 L/s時，或巖溶與地表及外部巖層無水利聯系時，可采取疏導的辦法進行處理。此外，還可以采用超前小導管預注漿、超前錨桿、注漿堵水等治理措施，并對巖溶跨越斷面、巖溶跨越處進行治理。

c）在雨季到來前及時將井口邊仰坡截、排水溝的使用性能進行檢查，對斷裂、擁堵等進行治理；及時對開挖后的井口邊仰坡進行噴錨支護。

d）及時加強與主洞接頂處的支護參數并保證支護到達齡期；爆破前注意檢查裝藥量以免工人按照常規裝藥過量導致塌方。

e）及時進行井底通風并檢查瓦斯濃度。

f）合理安排斜豎井出渣斗的吊裝纜繩及發動機檢查周期，力爭做到“每次一小查，每天一大查，每周一清查，每日勤維護”。

4 結束語

筆者通過對國內多座長大隧道斜、豎井建設中的風險進行調研、總結，結合風險分析的基本理論，對隧道斜、豎井建設中的風險源進行辨識與分析，提出風險控制措施，對斜、豎井整體建設進行風險評估，以降低建設風險，避免不必要的損失。

以上是筆者的一些淺見，不當之處，請各位前輩及同仁批評指正。