準鄂鐵路東勝隧道風險評估淺析

張 磊

(中鐵一院集團新疆鐵道勘察設計院有限公司，新疆 烏魯木齊 830011)

1 工程概況

東勝隧道位于內蒙古自治區鄂爾多斯市,隧道進口里程DK180+300，出口里程DK187+990，隧道全長7 690 m，為雙線隧道；隧道最大埋深約97.8 m。

隧道進口至DK180+774.353段位于R=5 000 m的左偏曲線上，隧道DK183+865.164至改DK187+640.580段位于R=6 000 m的左偏曲線上，其他段落均為直線；隧道內縱坡進口4 250 m段為上坡，出口3 440 m段為下坡。

洞身分別下穿擬建塔拉壕煤礦主、副斜井，凈距分別為25.6 m,30.65 m；DK185+080隧道下穿大壩(無水)，為保證安全，對水壩進行臨時拆遷；隧道出口下穿包府公路，覆土約3.2 m，施工前對包府公路進行臨時改移，隧道施工完成后在原位置恢復；其余地段下穿109國道、在建東勝互通立交、房屋等,埋深約為57.5 m～75.3 m。

隧道設計3座斜井，見表1。

2 工程地質及水文地質

2.1 地層巖性

表1 東勝隧道斜井設計參數表

2.2 水文地質

地下水主要為第四系孔隙潛水、少量基巖裂隙水，主要由大氣降水滲透補給，水位埋深0.8 m～23.0 m，地下水對混凝土不具侵蝕性。

2.3 工程地質

2.3.1圍巖分級

隧道各級圍巖統計見表2。

表2 東勝隧道圍巖分級統計表

2.3.2煤層瓦斯及火區

隧道區穿越侏羅系中下統含煤地層，隧道洞身在改DK180+300～改DK181+570之間先后與1-2,2-2上，2-1中煤層交叉。

依據煤層瓦斯參數測定報告：

2-2上煤層甲烷含量平均值為0.0 cm3/g，二氧化碳含量平均值為0.71 cm3/g；2-2中煤層甲烷含量平均值為0.0 cm3/g，二氧化碳含量平均值為0.27 cm3/g；2-2下煤層甲烷含量平均值為0.0 cm3/g，二氧化碳含量平均值為0.69 cm3/g；3-1中煤層甲烷含量平均值為0.0 cm3/g，二氧化碳含量平均值為0.57 cm3/g；4-1中煤層甲烷含量平均值為0.0 cm3/g，二氧化碳含量平均值為0.27 cm3/g。

各樣品的鏡質組平均最大反射率測定結果2-2上煤層為0.57%，其余均在0.50%以下，各煤層測試樣品煤的堅固系數為0.17～0.90之間，瓦斯放散初始速度為2～11。綜合分析，東勝隧道在改DK180+300～改DK181+570穿越煤層，賦存瓦斯氣體成分為二氧化碳和氮氣，甲烷含量為零，瓦斯爆炸可能性極小，施工中應加強監測及通風工作。

隧道區煤層施工開挖時可能發生煤塵爆炸。

隧道區內煤層變質程度低，抗風化能力差，吸氧性強，易發生自燃。參照電力金陽煤田資料，本區煤的著火溫度271 ℃～290 ℃，煤的自燃發火期一般為40 d～60 d。

2.3.3特殊巖土

1)泥巖。

主要分布在改DK180+300～改DK180+912、改DK181+320～改DK182+885及改DK186+280～改DK187+990，泥巖具弱膨脹性。

2)新黃土。

在進出口及洞身表層局部分布，具濕陷性，δs=0.038～0.087，為Ⅰ級(輕微)非自重濕陷性黃土場地。

3 風險評估程序和方法

3.1 風險評估程序

本隧道風險評估主要程序詳見圖1。

3.2 評估方法

風險評估方法可采用核對表法、專家調查法、蒙特卡羅法、層次分析法和風險矩陣法等，開展定量或定性與定量結合的風險概率估計和后果評估。本隧道主要采用專家調查法、頭腦風暴法和核對表法。

4 隧道風險評估及對策

4.1 初始風險等級

1)風險因素。東勝隧道礦山法施工存在的安全風險因素主要有砂泥巖互層、產狀平緩、隧道穿越侏羅系中下統含煤地層，礦塵較大，煤塵具有爆炸性；隧道區內煤層變質程度低，抗風化能力差，吸氧性強。

2)風險事件。東勝隧道可能發生的風險事件主要有：塌方、瓦斯、煤塵爆炸、煤層自燃等。

3)初始風險等級。東勝隧道初始風險統計結果見表3。

表3 東勝隧道初始風險等級統計表

4.2 風險控制措施

4.2.1洞身下穿包府公路處風險處理措施

1)隧道施工前應與包府公路產權單位簽訂協議，在包府公路臨時改移后采用明挖法施工，降低工程風險。2)下穿包府公路段采用立交明洞襯砌，加強結構厚度及配筋，保證結構安全。3)立交明洞回填應滿足JTG D30—2015公路路基設計規范的相關要求。

4.2.2洞身下穿塔拉壕煤礦斜井處風險處理措施

1)嚴格遵循新奧法相關流程施工。2)隧道施工前應與主、副斜井產權單位簽訂協議，隧道施工影響范圍的煤礦斜井采用鋼筋混凝土結構。3)下穿段為Ⅲ級圍巖，采用小導管注漿超前支護、Ⅳ級圍巖加強復合式襯砌。4)隧道開挖應采用控制爆破，斜井結構爆破震動速度不應大于《爆破安全規程》相關要求。5)隧道開挖后，加強鐵路隧道和煤礦斜井的監控量測工作。

4.2.3洞身坍塌風險處理措施

1)對洞口段、淺埋及偏壓段采用大管棚、中管棚、小導管等超前支護措施。2)Ⅴ級圍巖淺埋、偏壓段采用剛度較大的型鋼加強支護。3)圍巖水平成層段采用加強支護手段。4)工程實施過程中，應高度重視高風險地段的施工組織管理，保證錨桿灌漿，初支噴混凝土厚度、密實度，確保施工質量和安全。5)加強監控量測。通過監控量測成果分析，及早掌握圍巖及支護的動態狀況，以便采取有效措施，并及時調整設計參數。

4.2.4瓦斯、煤塵爆炸及煤層自燃風險處理措施

1)施工過程中根據施工前編制的實施性施工組織設計和專項應急預案定期開展事故應急處理演練。2)隧道內施工人員必須經過強制性的瓦斯隧道安全施工技術培訓。3)設專職檢查員，經常檢查、監測瓦斯，掌握突出預兆，保證隧道內任何時間瓦斯、煤塵、二氧化碳指標都低于安全值。4)本隧道煤塵具有爆炸的可能，在煤層開挖過程中，應加強通風，防止煤塵的引燃、爆炸，隧道施工應按照《煤礦安全技術規程》有關煤塵的生產技術管理規定執行。5)施工中應加強安全意識；加強超前地質預報；加強瓦斯、煤塵、二氧化碳等濃度監測；加強通風和防塵、除塵工作，防止發生煤塵爆炸事故；加強對煤層自燃的防范。6)放炮前后在開挖面附近20 m內必須噴霧灑水。7)及時清掃、清理、沖刷沉積的煤塵，避免爆破、運輸車輛等其他震動，使得大量落塵飛揚，在短時間內增加洞內局部地段的浮塵量，達到煤塵爆炸濃度。8)控制施工通風風速不宜大于3 m/s，避免煤塵在“死角”密集且防止風速過大引起落塵飛揚。9)及時施作支護措施以防煤層長期暴露。10)加強對火源及易燃品的管理，加強洞內防水材料、保溫材料及冬季施工洞內增溫設施的管理工作，避免引燃煤塵和煤層。11)在開挖面接近煤層或儲氣層時，應采用超前鉆孔排放瓦斯，防止瓦斯突涌。12)加強通風管理，建立穩妥可靠的通風系統，施工通風應保證穩定、連續和有效；因檢修、停電等原因停風時，必須撤出人員，切斷電源。恢復通風前，必須檢查瓦斯濃度，符合規定后才可啟動機器。

4.2.5工期風險處理措施

1)東勝隧道允許土建工期為22個月(不含施工準備),根據隧道地形共設置3座斜井。利用進、出口及3座斜井,共5個工作面,施工工期為21.1個月(不含施工準備)。2)隧道2號斜井大里程方向工作面，以及3號斜井小里程方向工作面，分別承擔正洞1 210 m,1 440 m，工期為21.1個月，是本隧道工期控制工區。施工中應加強管理，保證人員、機械、建筑材料、施工用水用電、施工通風的配備，加強各工種、工序的銜接，提高工作效率；施工中應及時進行支護、襯砌并加強監測，避免發生塌方等工程事故影響工程進度。3)隧道進、出口端300 m，設置了中心深埋排水管。施工前應熟悉設計圖紙，細化施工組織設計，加強各工序的銜接，并向施工人員做好施工技術交底，在保證隧道排水系統施工質量的前提下，提高工程進度。4)在工期允許的條件下，盡量提高隧道進、出口以及“順坡”施工方向等施工條件較好的工作面，承擔正洞的施工長度，提高效率。5)施工中如發現圍巖情況與設計不符，或其他地質異常情況，應及時反饋，并采取相應措施，防止由于發生塌方、煤塵爆炸等事故而延誤隧道工期。

4.3 評估結論

結合本階段工程地質資料和相關設計文件，對隧道進行風險評估得出如下結論：

通過對隧道工程條件的概述和初始風險等級的確定，部分風險因素可導致“高度”風險等級事件。通過采取相應的風險控制措施后，能夠將風險等級降為“中度”及以下。

因此，本線隧道的建設在安全、穩定、質量、投資、工期、環境等多個目標風險方面都是可以接受的，東勝隧道在施工過程中采取的措施是合理的，設計方案可行。

5 結語

1)風險因素的識別依賴于地勘資料的準確性和完整性。2)施工圖階段形成的風險評估報告需經專家評審，有助于優化風險控制措施從而進一步降低風險等級。3)對上崗操作人員就有關安全生產的法律法規和規章制度、危險源識別等進行制度化培訓，并對編制的應急救援預案進行定期演練。