隧道安全风险评估与风险控制措施范文

【摘要】以黄香湾隧道为例，对岩溶隧道修建风险评估与风险控制措施进行了详尽的分析，最终认为可采取合理的风险控制措施来降低岩溶隧道工程的建设风险，并且风险水平在可接受的范围内。

【关键词】岩溶隧道；风险评估；风险矩阵法

1工程概况

黄香湾隧道为湖南省张桑高速公路重点控制工程、全线最长隧道。左洞（ZK12+896～ZK16+105）全长3209m，右洞（K12+887～K16+087）全长3200m，隧道最大埋深约350m。2015年4月28日晚，在左洞掌子面桩号ZK13+215处见一大型溶洞，溶洞向右前方延伸。4月29日，勘察组及设计组到现场进行了踏查，为确保工程安全及为变更设计方案提供地质依据，勘察及测量组于2015年5月9日～5月13日再次进场，对溶洞的大小进行了实测，并进行了雷达探测。现场共实测坐标点534个，地质雷达测线约680m。

2风险评估的流程及方法

2.1评估流程

勘察设计阶段的安全风险评估主要包含了单一风险事件的分段落评估、单一风险事件的整体性评估和整体的风险评估。

2.2风险评估方法及等级

黄香湾隧道穿越岩溶段主要采用了风险矩阵法、层次分析法、模糊综合评价法、专家调查法等相关方法进行了风险定性和定量化评估。采用上述方法对风险事件发生的概率等级、后果等级进行综合评价后，将风险等级划分为低度Ⅰ级、中度Ⅱ级、高度Ⅲ级、极高Ⅳ级[1]（见表1）。 

3黄香湾隧道穿越岩溶段安全风险评估

3.1岩溶对隧道的危害

岩溶会对隧道工程的建设造成严重的危害。岩溶对隧道工程的危害见表2。

3.2风险事件的确定

3.2.1塌方风险分析根据现场地质调查情况，溶洞顶板和侧壁围岩较完整，除靠近掌子面处，其余地方未见明显松动危岩和掉块，溶洞洞顶和侧壁自稳能力较好。溶洞内未见明显洞室蓄水，仅“V”型溶沟处可听见少量流水声音，在溶洞洞顶和侧壁局部段落，见裂隙水呈点滴状渗出，渗水段落发育少量钟乳石，平台上可见石笋。岩溶发育段落，破坏了隧道围岩的整体性，降低了岩体的强度，对围岩的完整性及稳定影响较大，易导致坍塌及洞顶地表塌陷；当与隧道相距较近，或从隧道洞身穿过时，在岩溶水及软弱填充物作用下，易导致塌方；隧道掘进揭穿岩溶水通道，易导致涌水、突泥发生，对隧道围岩稳定及施工影响较大，当溶洞连通地表时，可能引起地表沉陷、塌陷，加剧了隧道塌方，影响施工进度，危及隧道施工人员生命安全，对隧道工程的建设造成极大的危害。综合以上分析，岩溶段塌方风险等级判定为Ⅲ级[2]。

3.2.2突涌水风险分析根据水文地质条件，岩溶段地表水不发育，无大的地表水体，地下水主要为基岩裂隙水和岩溶水。地下水的补给主要通过地表水沿裂隙面下渗补给，ZK13+300冲沟段隐约见水流声，水量受天气变化影响较大。预测隧道正常涌水量为937m3/d。综合以上分析，岩溶段突涌水风险等级判定为Ⅱ级。

3.2.3结构设计风险分析由于溶洞横向宽约13～45m，最大洞高约38m，为减少纵、横向跨度，初步处理方案，在“V”型溶沟段（ZK13+290～ZK13+320），左线隧道右侧每隔约10m设柱子1根，共计3根，柱子断面3m×3m，采用钢筋混凝土结构，柱顶与溶腔壁相接部位增设径向准22mm砂浆锚杆，锚杆长4.0m，外露1.0m，并增加必要的膨胀剂，以保证柱子与溶腔壁衔接紧密。以此来稳定溶洞，确保隧道施工及运营安全。模拟大小尺寸约为42m×26m不规则溶洞，验证岩溶段围岩自身结构的稳定性。经计算，溶洞安全系数为1.1，在自然状态下洞室稳定，无需设置钢筋混凝土保护柱。该计算为优化治理方案、取消钢筋混凝土保护柱提供了可靠的数据支撑。为验证隧道衬砌结构设计的安全可靠，采用荷载结构法分别对穿越岩溶段明洞衬砌结构进行结构计算；采用地层结构法对穿越岩溶段采用Ⅴ级深埋型衬砌初期支护、二次衬砌进行结构计算。经过结构计算，岩溶段结构设计风险等级判定为Ⅱ级。

3.2.4初始风险等级评价通过黄香湾隧道穿越岩溶段风险等级的评价，塌方风险的最高风险等级为“Ⅲ级、高度”，突涌水、结构设计的风险等级为“Ⅱ级、中度”。具体统计见表3。

4隧道风险控制措施与残留风险等级评估

4.1黄香湾隧道穿越岩溶段风险事件控制措施

4.1.1加强超前地质预报加强超前地质预报，对施工掌子面前方岩体情况、不良地质段落及可能造成的危害进行预测，指导隧道现场施工。

4.1.2隧道未完全置于溶洞空腔内控制风险措施加强支护，采取正确的开挖方法，从隧道初期支护的加强、监控量测、及时施工二次衬砌等几个方面，确定一系列预防危害的施工预案。左线溶洞位于左右侧边墙处段采用C15混凝土回填，回填厚度≥2m，保证中岩柱≥5m；纵向每隔2m设置一处准160mm双壁打孔波纹管与隧道排水系统相连。对于左线溶洞位于洞顶上段，采用泵送C25钢筋混凝土浇筑护拱，厚度≥60cm，要求两侧嵌入岩石内≥50cm，再在其上施工150cm厚的弃渣缓冲层，对于单侧露空范围较大地段，为减少偏压的影响，可考虑增设偏压耳墙，完成后施做初期支护，施工时需要预埋准160mm双壁打孔波纹管，并以Ω型排水管引出。部分地段基础及路面下埋深4～6m深度的溶洞，对其采用C15混凝土回填，如有充填物，必须挖除，并增设排水管，保持原排水通路顺畅。

4.1.3隧道完全置于溶洞空腔内控制风险措施首先施工C15混凝土基础，然后施工钢筋混凝土护拱，护拱厚度为60cm，护拱内采用明洞结构施工。考虑在左线右侧适当位置增设一处检修横通道，便于以后对溶洞处治进行检修。

4.1.4做好施工防排水加强施工防排水工作，尤其是地表和洞内，因积水可使围岩强度降低，从而导致塌方。

4.1.5监控量测结合现场围岩和施工工法，重视施工监测，通过整理监控量测数据（主要以位移监测为主），掌握围岩动态和支护结构的工作状态，根据量测结果动态调整支护参数，有效的预测施工风险，避免塌方等，从而全面指导现场施工[3]。

4.1.6重视施工组织管理科学合理的施工组织管理是有效防止隧道施工塌方的重要因素，因此，在隧道施工过程中每道工序必须严格按照相关施工规范、具体的设计文件、详细的施工组织等要求进行操作。

4.1.7制定事故应急预案制定塌方事故应急预案，将塌方造成的人员伤亡和经济损失降至最低。

4.2隧道残留风险评估结果

针对塌方风险等高度风险（Ⅲ级）采取相应的防护措施后，综合黄香湾隧道穿越岩溶段各主要风险事件的残留风险等级降低为中度（Ⅱ级）、低度（Ⅰ级）风险，在施工安全目标风险方面属于可接受范围，治理方案可行。

5结语

综上所述，黄香湾隧道穿越岩溶段通过风险评估，确认施工中塌方初始风险较高。采取一定控制措施后，风险相应降低，能够保证施工及运营安全。由于岩溶破坏了隧道围岩的整体性，降低了岩体的整体强度，对围岩的完整性及稳定影响较大，应分析溶洞自身的稳定性，采用合理的处治措施，确保隧道施工和运营。由于岩溶发育规律难以准确掌握、涌水量难以准确估计，建议隧道运营期间继续跟踪实施后的风险等级及风险因素变化，确保动态风险评估。

【参考文献】

【1】刘晓蕾.岩溶隧道围岩稳定性及其处治技术研究[D].重庆：重庆交通大学，2014.

【2】曹校勇.隧道突涌水致二衬溃口处治方案[J].公路，2013（12）：218-224.

【3】武赞.关于铁路隧道风险评估方法的探讨[J].铁路工程造价管理，2007（6）：8-11.

作者：奚魏征 潘屹 单位：中交第一公路勘察设计研究院有限公司