黃瓜山隧道施工安全風險評估分析

孫啟秀 盧保東 徐洪慶 甘志濤

摘要：采用鉆爆法進行隧道施工，其鉆孔位置、炸藥質量、周圍建筑和設施以及隧道圍巖應力分布情況都對隧道施工的安全性有著重大影響，因此必須對隧道施工安全進行評估。文章采用LEC法對黃瓜山隧道施工階段進行風險評估，劃分了風險等級，找出了重大風險源，并提出了相關風險控制建議，為現場施工提供指導。

關鍵詞：鉆爆法;隧道施工;風險評估;LEC法

0 引言

為全面推進小康社會建設，我國近年規劃建設規模巨大的高速公路網。隧道作為特殊地段的道路，其特殊性在于需要鑿山而出，但這受制于當前的科技水平以及地質情況不能完全探明、圍巖局部應力不明、施工質量參差不齊等各方面的因素，導致隧道施工過程中巖爆、涌水突泥、冒頂等事故層出不窮。因此，為保證施工安全進行，需要對施工階段進行全面的風險評估。

文獻[1]中馮亞芬將風險管理的評價方法應用到隧道風險中，起到良好的應用效果。文獻[2]中張勝采用層次分析法，將隧道中可能導致事故發生的風險源進行重要性排序，進而確定風險源等級。文獻[3]中何坤水利用數值模擬的方法，分析隧道的應力-應變情況，指出風險源，并進行處治，效果良好。

1 工程概況

黃瓜山隧道進洞口位于重慶市永川區南大街虎石壩村，出洞口位于南大街徐家壩，為分離式雙洞隧道。隧道起止里程、設計路面標高、長度、縱坡詳見表1。設計隧道單洞寬11.78m，高7.50m。按《公路隧道設計規范》（JTGD70-2004），該隧道為特長隧道工程。

2 工程地質及水文地質

該段長3.3km，為褶皺抬升低山地貌，地形起伏較大，橫坡坡角為4°～50°，場區地面高程為317～549m，相對高差為214～231m。構造上位于黃瓜山背斜，系上統須家河組（T3xj），巖性以須家河組長石石英砂巖為主，夾有少量薄層頁巖及煤線，隧道出入口均有坡積體堆積。主要工程地質問題為隧道局部地段可能存在低瓦斯及少量涌水問題，沿線主要不良地質及特殊性巖土有隧道仰坡順層。

第四系殘坡（崩坡）積層（Q4）含水層在隧址區分布面積小，水量少，旱、雨季動態變化極大，對隧道涌水貢獻小。但需注意的是該層位于隧道進出洞口，其頂板厚度小，雨水下滲迅速，可能造成短期較大的涌水及降低隧道進出洞口斜坡的穩定性，其潛在風險不可忽視。

3 風險評估程序和評估方法

3.1 評估對象及目標

風險評估是將整個隧道施工過程均納為評估對象，把控施工中的每個細節，將可能出現的風險源消滅在萌芽階段，以期達到保障財產及人身安全、保障工期、提高效益的目的。

3.2 LEC法概述

LEC法是對具有潛在危險性作業環境中的危險源進行半定量的安全評價的方法，用于評價操作人員在具有潛在危險性環境中作業時的危險性。其LEC值按下式進行計算：

風險等級標準如表2所示，將計算所得LEC值與表2相比較，可以判定該分項工程施工時的風險等級。

4 黃瓜山隧道風險估測

4.1 黃瓜山現場情況

在隧道進口Ⅲ級圍巖ZK3+223～ZK3+559段未立架成洞段拱頂層狀圍巖有兩處塌落掉塊。

在隧道出口三級圍巖段，拱頂可見裂縫，伴有水浸出，且在隧道中偶有積水出現，可能導致涌水突泥出現，需要重點對已出現征兆及潛在的風險源進行嚴格風險估測。

4.2 LEC法隧道風險估測

根據表2，可利用LEC法對黃瓜山隧道出現的安全風險源進行定量分析，進行風險估測，風險等級超過Ⅲ級及以上估測結果如表3所示。利用LEC風險評價法，得出黃瓜山隧道各作業內容的風險等級，其中放炮、涌水突泥和瓦斯爆炸的分值達到了Ⅱ級，而坍塌達到了Ⅰ級，均屬于重大風險源。

4.3 重大風險源

根據《公路隧道工程施工安全風險評估指南》，重點對放炮、坍塌、涌水突泥、瓦斯爆炸等典型風險對黃瓜山隧道進行評估。其中黃瓜山隧道重大風險源清單如表4所示。

5 重大風險控制措施及建議

5.1 隧道坍塌風險控制措施建議

首先要認真做好勘測工作，應詳盡做好必要的鉆研及所需地質和水文地質資料的搜集工作。施工前應將現場情況與勘測地質報告進行核對，并進行必要的補測工作。

在以上基礎上，可采用數值模擬的方法，結合地質報告的數據，對施工現場進行高度相似的建模，進一步將數值模擬結果作為導向性依據，對于可能出現坍塌的地段進行超前支護或提高一級襯砌支護形式。

隧道坍塌的發生具有一定的可預見性，在施工中需要加強對圍巖的應力-應變情況監測，一旦發現異常應力-應變情況，或出現裂縫旁出現礦粉、洞內無故揚塵、洞頂滴水位置不定、流水渾濁等情況，需立刻停工并向主管部門請示。

5.2 隧道涌水突泥風險控制措施建議

做好監控測量和超前地質報告。隧道遇不良地質，應采用注漿預加固、堵水等措施，對于貫通性裂縫需采取注漿措施。

5.3 隧道瓦斯爆炸風險控制措施建議

做好隧道瓦斯超前預報工作。為確保隧道施工安全，應根據地質構造與瓦斯溢出特點，進行隧道綜合超前地質報告。加強瓦斯的檢測工作，嚴格遵守“一炮三檢”的瓦斯監測規定。漏檢、漏報、漏處理是造成隧道瓦斯爆炸事故最大的人為因素。為確保隧道施工過程中的氣流循環通暢，可采用軸流風機配合射流風機的組合形式進行通風，將放炮之后涌出的瓦斯盡快稀釋。加強隧道內的通風管理，保證隧道施工期間不間斷通風。為防止隧道內發生瓦斯爆炸等災害，除了降低隧道內瓦斯濃度外，還需杜絕明火。

5.4 隧道放炮風險控制措施建議

在地質不良段，需進行超前支護、先排水、短開挖、弱爆破、各工序緊跟的措施，消除不利因素。或采取放大拱腳三臺階七步法等擾動少的開挖方式，控制地面沉降及圍巖變形。

6 結語

由于隧道施工的特殊性質，其地質條件、巖石先期應力情況、巖石完整性、層間面結合程度等未能有進行定量分析的公式或方法，這導致隧道施工時，總體應力分布情況可以預測，但是局部情況不可查明，故需對隧道施工薄弱區進行綜合判定，從而進一步采取較為保守的設計方式和施工管理辦法，以期保障人員人身安全和財產安全。

本文利用LEC法并結合現場情況對黃瓜山隧道施工階段的風險進行深入評價，得出了黃瓜山隧道的重大風險源為坍塌、涌水突泥、放炮及瓦斯爆炸，并給出了管理及控制風險源的建議及措施。

參考文獻：

[1]馮亞芬.隧道工程風險評估及控制措施研究[J].中國新技術新產品，2017（4）：138-139.

[2]張 勝，陳修和，汪 波，等.明堂山隧道塌方風險評估及控制措施建議[J].地下空間與工程學報，2012，8（a1）：1567-1570.

[3]何坤水.湖山隧道風險評估及對策研究[J].中國水運（下半月），2014，14（7）：284-285.

[4]郗 鋒.淺析公路隧道風險評估技術[J].中國新技術新產品，2011（15）：86-87.

[5]孫 昕.鐵路隧道風險評估指標體系及方法研究[J].鐵道工程學報，2012，29（9）：71-74.

[6]陳 驥.地鐵區間暗挖隧道風險評估體系研究[J].結構工程師，2012，28（3）：152-157.