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(河南科技大學 土木工程學院，河南 洛陽　471023)

引言

隧道工程項目是一個集多個學科門類的復雜的系統(tǒng)工程，具有隱蔽性、復雜性、建設工期長、建筑安裝實物量大、投資風險大、項目涉及面廣等特點。在隧道工程項目施工過程中，面臨著大量的風險和不確定因素，這些風險具有多樣性、復雜性、綜合性、突發(fā)性及偶然性等特點[1]。如果不考慮其風險及應對措施，很容易發(fā)生重大事故。因此，在隧道施工階段進行施工風險評價與管理顯得尤為重要[2]。

1　工程概況

晉祠隧道起訖里程為DK12+425～DK21+265，全長8 840 m，Ⅷ度地震區(qū)設防。設計為雙線隧道，線間距4～5 m，最小曲線半徑1 000 m；隧道開挖分四明三暗段，其中暗挖段4 570 m，明挖段4 270 m。線路縱坡呈“V”字形，最大坡度11‰。隧道襯砌采用復合式鋼筋混凝土，暗挖段為曲墻拱形結構；明挖段除晉祠車站三、四線地段采用雙連拱大跨結構外，其他均為單跨拱形框架結構；隧道出口段600 m采用封閉式U型槽結構與路基結構順接，洞門采用斜切式結構，出口結合鋼結構防水采用U型槽封閉結構。工程所在地冬季干冷漫長，夏季濕熱多雨；隧道所經(jīng)過區(qū)域為Ⅴ級和Ⅵ級黃土圍巖，土質結構松散，工程性質差，結構自穩(wěn)能力小。

2　風險識別

風險識別是風險管理的首要工作，即分析工程施工期所有的潛在風險因素并進行歸類整理，然后進行篩選，確定風險點[3]。晉祠隧道工程量大、工期短、施工難度大、技術要求高，在施工過程中潛在風險因素多，施工風險管理難度大。

本項目由專家和施工單位、設計單位以及勘察單位等有經(jīng)驗的技術人員組成風險識別小組，根據(jù)勘察資料和設計數(shù)據(jù)等相關材料，結合開挖方式的特點，參考國內外類似隧道工程的施工經(jīng)驗，在工程開工之前以及工程進行過程中，對晉祠隧道潛在的風險因素進行分析、識別，找出施工過程中存在的潛在風險并對全線風險進行匯總(見表1)。

表1　晉祠隧道風險因素匯總1)

3　風險評估

風險評估是對風險發(fā)生的概率及其破壞性后果做出量化分析的過程，它是風險管理的基礎和重要工作內容[4]。晉祠隧道風險評估采用定性與定量相結合的方法，結合現(xiàn)有監(jiān)控數(shù)據(jù)及現(xiàn)行規(guī)范，通過工程類比分析確定各風險因素可能導致的風險事件的概率大小和后果嚴重程度。

3.1　風險接受準則

風險接受準則表示在規(guī)定的時間內或項目某個階段內可接受或管理的風險等級水平分級，它直接決定了工程中各種風險需采取的管理控制措施。

在綜合考慮地形地質條件、設計圖紙及設計院風險評估報告、第三方監(jiān)控等有關資料后，根據(jù)《鐵路隧道風險評估與管理暫行規(guī)定》，將各種風險因素導致相應事故發(fā)生的概率及后果分別用“1”～“5”來表示，其中，概率等級“1”～“5”分別代表“很不可能”、“不可能”、“偶然”、“可能”、“很可能”，后果等級“1”～“5”分別代表“輕微的”、“較大的”、“嚴重的”、“很嚴重的”、“災難性的”；定義概率及后果的估值之和為風險指數(shù)，根據(jù)事故風險分級標準將風險指數(shù)分為“極高(I級)、高度(II級)、中度(III級)和低度(IV級)”四個等級，依據(jù)不同的等級確定風險接受準則[5]。

本文采用《鐵路隧道風險評估與管理暫行規(guī)定》中推薦的風險接受準則(見表2)。其中CS表示損失性分值；PS表示概率等級評分；N表示風險可忽略(Ⅳ級)，不需要采取防范措施；A表示風險可以接受，需引起重視(Ⅲ級)；H表示風險很高，需采取一定的控制措施(Ⅱ級)；S表示風險很嚴重或絕對不可接受(Ⅰ級)[6]。

表2　風險接受準則

3.2　風險評估結果

根據(jù)風險評估原理，按照制定的風險評估程序，綜合考慮隧道工程地質、投資、工期和技術難度等因素，對晉祠隧道初始施工風險進行評估(結果如圖1所示)，評價風險對項目的影響[1]。

圖1　初始風險評估結果

4　風險應對措施

風險的存在不可避免，但可以通過工程技術措施降低風險大小[7]。因此，本文針對晉祠隧道施工中不同的風險，采取相應的、可靠的風險控制措施。

4.1　暗挖段施工技術措施

4.1.1洞口

隧道洞口邊仰坡工程應自上而下逐級開挖并進行超前支護，及時完成洞口邊仰坡加固、防護及防排水工程。洞口段應及時形成封閉結構，嚴禁采用長臺階施工。隧道洞口按設計完成超前支護后，方可開始正洞的施工。

4.1.2超前地質預報

晉祠隧道為極高風險的軟弱圍巖及不良地質隧道，超前地質預報工作由設計單位負責組織實施。項目部應及時做好地質素描，地質變化時及時向設計院反映，以便完善設計方案，確保施工安全及主體質量。

4.1.3隧道開挖

(1)Ⅴ、Ⅵ級圍巖上臺階每循環(huán)開挖支護進尺不大于1榀鋼架間距。

(2)邊墻每循環(huán)開挖支護不得大于2榀鋼架間距。

(3)開挖仰拱前必須完成鋼架鎖腳錨桿，每循環(huán)開挖進尺須≯3 m。

(4)隧道開挖后及時施作初期支護并封閉成環(huán)，Ⅴ、Ⅵ級圍巖封閉位置距離掌子面須≯35 m。

4.1.4初期支護

初期支護鋼架工廠化制造，出廠前必須進行檢驗和試拼裝；混凝土采用濕噴工藝。

4.1.5監(jiān)控量測

隧道監(jiān)控量測作為關鍵工序納入現(xiàn)場施工組織，監(jiān)控量測設置專職人員并經(jīng)培訓后上崗。

按TB 10121—2007《鐵路隧道監(jiān)控量測技術規(guī)程》的規(guī)定，建立等級管理、信息反饋和報告制度。隧道拱頂下沉和凈空變化的量測，斷面間距須≯5 m；隧道淺埋、下穿建筑物地段，地表必須設置監(jiān)測網(wǎng)點并實施監(jiān)測；當拱頂下沉、水平收斂速率達5 mm/d或位移累計達100 mm時，應暫停掘進并及時分析原因，采取處理措施；當采用接觸量測時，測點掛鉤應做成閉合三角形，保證牢固、不變形。

4.1.6二次襯砌

及時施作二次襯砌，其距掌子面的距離須≯70 m。

4.2　明挖段施工技術措施

明挖段施工遵循“先圍護、后開挖，邊開挖、邊支護”的原則，按照“平面分區(qū)、順坡拉槽、豎向分層、反鏟接力”的方法開挖。

分層、分段、分塊開挖，縱向放坡，并在坡腳和沿圍護結構側邊設置排水溝、集水井，抽排基坑明水；嚴控工藝質量，落實預案備品，注重防排水系統(tǒng)，推行機械化施工；盡量避開雨季；加強監(jiān)控量測，根據(jù)監(jiān)控數(shù)據(jù)指導施工；詳細調查環(huán)境，包括管線及地下障礙物核查，地面建筑物及周邊交通狀況調查，取得產權單位配合，并對地下建筑物和周邊建筑物編制安全專項方案。

4.3　邊坡失穩(wěn)滑塌風險控制措施

4.3.1土釘支護

施工采取分層、分段開挖，每層開挖深度須≯3 m，分段開挖長度須≯20 m，開挖一層及時施作土釘，上一層支護完成后才能進行下一層的開挖，嚴格控制土釘?shù)氖┳鏖L度和間距，水泥漿注漿壓力應達到1.0 MPa，保證土釘墻的施作質量，確保邊坡穩(wěn)定。

4.3.2鉆孔灌注樁支護

(1)晉祠隧道DK13+800～DK13+300、DK17+718～DK17+829、DK17+867～DK18+150地段，采用鉆孔灌注樁與預應力錨索相結合的支護方式，基坑雙側布置；基坑上部約3 m采用土釘護坡；基坑內下部為Φ1 000@1 500 mm的C30鋼筋混凝土灌注樁；錨索采用1860級預應力鋼絞線，錨索內注純水泥漿，水泥漿強度≮20 MPa，水泥采用P·O 42.5水泥，水灰比為0.5；樁及樁間土體土石面網(wǎng)噴100 mm厚C25早強混凝土，Φ8@150 mm×150 mm鋼筋網(wǎng)，同時采用Φ22 mm錨筋錨入樁間土體內以固定鋼筋網(wǎng)，錨筋長度2 m，豎向間距1 m，橫向間距同樁間距。

(2)晉祠隧道DK12+440～DK12+515、DK13+760～DK13+800、DK18+150～DK18+725、DK19+175～DK20+330地段，采用鉆孔灌注樁、鋼支撐與預應力錨索相結合的支護方式，鋼支撐采用Φ609 mm、壁厚16 mm無縫鋼管，間距3 000～6 000 mm。

(3)晉祠隧道DK17+700～DK17+718、DK17+829～K17+867地段，采用鉆孔灌注樁、混凝土支撐與預應力錨索相結合的支護方式，混凝土支撐截面采用800 mm×900 mm，橫向間距4 500 mm；主體結構外側回填C15混凝土，結構構件及回填混凝土強度不低于設計值的70%。

施工時，首先施作上部3 m土釘墻，然后方可施工鉆孔灌注樁。鉆孔灌注樁采用旋挖鉆機鉆孔，嚴格控制鉆孔樁的質量，孔位偏差控制在50 mm以內，鉆孔傾斜度<1%，成樁后進行樁基低應變無破損檢測，樁基檢測合格后再進行冠梁施工，樁基達到設計強度時，方能開挖基坑。

4.4　地面沉降、開裂風險控制措施

對于沉降要求比較高的暗挖地段采用CRD工法施工，上半斷面采用玻纖錨桿穩(wěn)定掌子面，小導管超前支護；對于下穿一般結構物的暗挖地段，采用臺階法與臨時仰拱相結合的開挖方法，控制地表沉降；對于地面沉降要求較高的明挖地段，嚴格控制降水規(guī)模及強度，采用水泥攪拌樁或者高壓旋噴樁進行止水，以鋼筋混凝土或Φ609 mm鋼管支撐基坑，控制基坑變位；加強監(jiān)控量測，根據(jù)監(jiān)控數(shù)據(jù)調整施工工藝；地表出現(xiàn)裂縫時，及時采取水泥漿灌漿、三七灰土換填、瀝青灌注等措施進行妥善處理，防止雨水灌入而加劇沉降。

4.5　建筑物開裂風險控制措施

對于穿越一般結構物的暗挖地段，采用臺階法與臨時仰拱法施工，HW型鋼鋼架間距0.6 m/榀；采用Φ42 mm，壁厚3.5 mm的超前小導管支護，環(huán)向3根/m，長度4 m，搭接2 m，施工外插角10°～15°。上半斷面均采用玻纖錨桿穩(wěn)定掌子面，玻纖錨桿垂直于掌子面打入，錨桿長度12 m，錨桿每環(huán)間距60 cm，環(huán)間距80 cm。同時加強支護和監(jiān)控量測，及時根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)調整支護參數(shù)。對于明挖段，嚴格控制降水規(guī)模及強度，采用水泥攪拌樁進行止水，并及時支撐基坑。

4.6　塌方風險控制措施

晉祠隧道明暗分界處采用CRD工法施工；拱部140°范圍內采用Φ108 mm大管棚，長度30 m，壁厚5 mm；環(huán)向3根/m；管棚內填充水泥砂漿；管棚間打設Φ42 mm、壁厚3.5 mm的小導管并注漿，環(huán)向3根/m，長度4 m，搭接2 m，施工外插角10°；上半斷面采用玻纖錨桿穩(wěn)定掌子面，玻纖錨桿垂直于掌子面打入，錨桿長度12 m，錨桿每列間距60 cm，行間距80 cm；HW175型鋼間距0.5 m/榀。

其他地段采用小導管超前支護。小導管采用Φ42 mm、壁厚3.5 mm的熱軋鋼管，環(huán)向3根/m，縱向兩榀格柵一環(huán)，施工外插角10°～15°。

施工時嚴格控制開挖進尺，遵循“管超前、強支護、早封閉、勤量測、及時襯砌”的施工原則，確保不出現(xiàn)塌方。

5　殘留風險評估

針對初始風險，在及時采取以上多項施工技術措施后，隧道施工的風險會相應地降低，但不可能完全消除，故在結合初始風險評估結果和制定對策措施的基礎上，對隧道殘留風險進行評估，結果如圖2所示。

圖2　殘留風險評估結果

由圖2可以看出，通過采取相應的風險控制措施后，殘留風險中已經(jīng)不存在高度風險，風險等級均已降至中度或低度，為可以接受的風險。

6　結語

隧道工程施工具有其特殊性，施工過程中暗藏著諸多風險[8]，如果在施工前對危及安全施工的可能風險進行預先識別和分析，制定并落實相應的風險控制措施，就可以降低風險等級，避免事故的發(fā)生，確保工程建設的順利進行。

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