皖赣铁路隧道设计阶段地质风险评估探讨

游勇根 祝建农

1 工程概述

1． 1 工程简述

皖赣铁路自安徽省芜湖市至江西省贵溪市，全长约570 km，北接宁芜铁路，南接浙赣铁路和鹰厦铁路，是沟通安徽、江西两省的铁路干线，为单线铁路。

皖赣线电气化改造工程为现状电化，改线地段主要集中在宁国、绩溪、浯溪口三段，长约62．1 km，其中隧道29座，总延长米为18．478 km，长隧道1座，长约5 521 m，中长隧道9座，短隧道19座。

1． 2 改线地段隧道主要工程地质条件

1．2．1 地形地貌

构造低山，山高坡陡，地形复杂，起伏大，冲沟发育，支沟纵横，河沟曲折、狭窄，多呈“V”形，相对高差大于200 m。

1．2．2 改线段地层岩性

1．2．3 地质构造

改线段主要集中在宁国—景德镇，其分布有休宁山字形构造、障公山东西向构造带、皖浙赣多字形构造，其中皖浙赣多字形构造中之景德镇—祁门断裂带由数十条较均匀排列的、彼此平行的北东向断裂及少量北西向、近南北向及近东西向断裂构成。表现为岩体破碎、角砾岩发育，岩层多成挤压状态、产状紊乱;在地形上形成几十公里的深谷。多数为压性的逆断层，部分为具扭性的平移断层。构造线与线路多呈20°～30°斜交，涉及面广。

改线段区内新构造活动较弱，表现为缓慢升降，区域地质稳定性较好。

1．2．4 地震动参数

三段改线段根据GB 18306-2001中国地震动参数区划图，地震动峰值加速度小于0．05g;地震动反应谱特征周期分区属于Ⅰ区。

2 隧道风险评估的基本程序

铁路隧道工程风险评估按照项目不同的建设阶段可分为设计阶段、施工阶段、运营管理阶段的风险评估。在各阶段中，按评估目标又可分为安全风险、环境风险、工期风险、投资风险及第三方风险等。

设计是整个项目的关键，勘察是设计的源头。风险控制应从设计源头即在前期规划和设计阶段抓起，不应人为的制造危险源。从源头抓起，科学合理的做好铁路隧道设计阶段地质因素的风险评估，能最大限度的降低隧道各类风险，降低工程造价，为后期施工及运营管理提供更大的便利条件，起到事半功倍的效果。本文依据皖赣线电气化改造工程勘察和设计资料针对可研、初步设计两个阶段的隧道地质因素风险评估作一些探讨。

2． 1 可行性研究阶段风险评估

可行性研究阶段风险评估主要是针对项目的安全、工期、投资、环境有重大影响的控制性隧道工程开展的。本阶段可采用多种方法进行风险识别，但由于初测阶段隧道勘察资料重在满足方案是否可行，初步评价隧道工程地质条件，初测阶段隧道工程地质勘察实施勘探孔较少，通常采用调绘和物探方法。

因此本阶段风险评估一般采用专家调查法更经济、简便、适用。风险衡量和评价，采用定性的方法为主，在有条件的地区或是有详细的地质资料的情况下采用定性与定量相结合的方法则更好。

可行性研究阶段的风险因素分析见表1。

表1 可行性研究阶段地质风险因素核对表

如绩溪改线段社屋湾隧道，其起讫里程DK181+724～DK182+292，长568 m，在线路方案比选过程中发现隧道与F2断层近距离并行通过。

在外业勘察采用专家调查法，通过收集相关地质资料，并经专家现场踏勘会诊分析后，对线路提出绕避断层方案，使线路远离断层，在断层右侧100 m～200 m位置通过，优化了方案，规避了隧道的风险。

因此，在初测和可研阶段通过地质风险评估，提出相应的勘察设计措施，尽可能规避和降低隧道初始风险。

2． 2 初步设计阶段风险评估

初步设计阶段应根据可行性研究阶段评估结果，结合定测阶段的地层勘察资料和设计原则，对采用矿山法施工的塌方、瓦斯、突水(泥、石)、岩爆、大变形等隧道典型风险进行评估。

初步设计阶段应根据隧道地质纵断面情况分段评估，确定初始风险(典型风险)等级，提出相应的设计措施。

2．2．1 定测勘察成果

定测阶段在做好地质调绘和物探工作基础上，在隧道的进出口、洞身浅埋段、断层位置以及岩堆上进行钻探，了解隧道的工程地质和水文地质条件，以进一步核对隧道的初始风险。定测阶段完成工作量见表2。

表2 隧道完成主要勘察工作量

2．2．2 设计原则

皖赣电气化改建工程新建隧道围岩及占比统计见表3。

表3 新建隧道围岩及占比统计表

隧道施工按新奥法原理组织设计与施工，施工方法主要有短台阶法、台阶法、全断面法。新奥法是矿山法施工中的一种，因此隧道风险评估主要采用矿山法施工风险因素核对表来核对。

2．2．3 地质风险因素识别

依据设计原则和隧道定测勘察资料，采用核对表法对隧道的初始风险进行识别，初步设计阶段地质风险因素识别见表4。

表4 矿山法施工地质风险因素核对表

3 隧道风险分析与评估和应用

3． 1 风险识别方法

隧道风险识别首先确定风险的来源并分类，建立适合的风险体系。风险识别有核对表法、专家调查法、头脑风暴法和层次分析法等，本次定测和初步设计阶段主要采用核对表法来进行隧道风险因素识别。

核对表法是在系统分析的基础上，找出所有可能存在的风险，然后以提问的方式将这些风险因素列成表格进行核对的一种方法。

一般步骤如下:

1)将工程风险系统分解为若干个子系统;

2)运用事故树，找出引起风险事件的风险因素，作为检查表的基本检查项目;

3)针对风险因素，查找有关控制标准或规范;

4)根据风险因素的风险等级，依次列出风险清单。

3． 2 事故发生概率的等级标准

铁路隧道风险分级包括事故发生概率的等级标准、事故发生后果的等级标准和风险的等级标准。

本文主要探讨初步设计阶段地质因素的初始风险，其事故发生概率按表5核对。

表5 事故发生概率等级标准

3． 3 隧道风险评估案例分析

采用核对表法，对由风险因素引起的风险事件进行风险来源确定，并判断出事故发生的概率，作出初始风险判断。

1)独山隧道。独山隧道位于宁国市独山村附近，起讫里程DK105+761～DK111+347，全长5 521 m，洞身最大埋深约157 m;地貌为丘陵，最高点海拔约273．0 m，相对高差70 m～170 m，坡度30°～50°。植被较发育，多为灌木丛(见表6)。

表6 独山隧道初始风险评估表

DK105+761～DK106+040，长279 m，隧道进口，浅埋段，节理、裂隙发育，岩体较破碎。地质风险事件是由岩性及风化程度引起的塌方。

DK106+850～DK107+070，长220 m，线路经过F109竹峰铺断层，产状不明，节理发育，岩体破碎。地质风险事件是由构造引起的塌方、突水等。

DK109+959～DK110+029，长70 m，隧道洞身浅埋段，弱风化泥质、钙质页岩，节理裂隙发育，岩体较破碎。地质风险事件是由岩性及风化程度引起的塌方。

DK110+764～DK110+859，长95 m，隧道洞身浅埋段，弱风化泥质、钙质页岩，节理裂隙发育，岩体较破碎。地质风险事件是由岩性及风化程度引起的塌方。

DK111+320～DK110+347，长27 m，隧道出口，岩性为弱风化泥质、钙质页岩，由于当地百姓采石，废弃的岩石堆积而成岩堆。地质风险事件是由岩堆引起的塌方。

2)洪福村隧道。洪福村隧道位于绩溪县洪福村，起讫里程为DK182+624～DK182+873，全长249 m，洞身最大埋深约33 m，最小埋深约4 m，剥蚀低山区，地形起伏较大，相对高差约40 m，自然坡度约30°～50°，植被发育，辟为茂密灌木及杉木、竹林(见表7)。

表7 洪福村隧道初始风险评估表

DK182+624～DK182+660，长 36 m，隧道进口，浅埋段，节理、裂隙发育，岩体较破碎，含煤层。地质风险事件是由不良地质煤层和溶洞引起的塌方、突水。

DK182+660～DK182+837，长177 m，隧道洞身和浅埋段，岩性为含煤层炭质灰岩，节理、裂隙发育，岩体较破碎。地质风险事件是由煤层和浅埋引起的塌方。

DK182+837～DK182+873，长 36 m，隧道出口，浅埋段，节理、裂隙发育，岩体较破碎，含煤层。地质风险事件是由不良地质煤层和溶洞引起的塌方、突水。

4 结语

本文基于皖赣线隧道地勘、设计资料，采用专家调查法、核对表法对可研、初步设计阶段隧道的初始风险进行识别并作事故发生概率等级评价。1)可行性研究阶段采用专家调查法，对重大和地质复杂的隧道工程进行风险评估，在此基础上，针对重大地质风险因素，结合地质选线原则，优化隧道方案，规避和降低隧道风险。2)初步设计阶段隧道风险评估应用核对表法，该方法能消除或降低忽视某些风险因素的可能性，是风险识别的一种有效和可靠方法。3)依据地勘资料、设计资料等分析，得到隧道初步设计阶段存在的重大安全风险事件有:洞口安全、塌方、突水、断层、含煤层、浅埋段、岩堆等。4)通过对皖赣铁路电气化改造工程初步设计阶段重大安全风险事故的分段评估，分析了隧道各区段风险事故的概率等级和风险源，并对各风险事件风险因素进行了排序，依次提出了初始风险概率等级，为隧道风险设计提供了依据。

［1］ 铁道部铁建设［2009］200号，铁路隧道风险评估与管理暂行规定［S］．

［2］ TB 10012-2007，铁路工程地质勘察规范［S］．

［3］ TB 10003-2005，铁路隧道设计规范［S］．

［4］ GB 18306-2001，地震动参数区划图［S］．

［5］ 中铁上海设计院集团有限公司．皖赣线电气化改造工程初步设计文件［Z］．上海:中铁上海设计院，2010．