重庆至利川线余家隧道施工阶段风险评估浅析

王欢宇，王晓鹏

(四川港航建设工程有限公司，四川成都610041)

1 余家隧道工程概况

余家隧道为双线隧道，按设计时速200 km/h且满足开行双层集装箱列车的客货共线标准设计。隧道全长3 491 m，洞身最大埋深约362 m，进口轨面设计高程1 424.077 m，出口轨面设计高程1 391.815 m，人字坡，进口至DK250+030为上坡，坡度3.0‰；DK250+030至DK250+730为下坡，坡度9.0‰；DK250+730至DK252+365为下坡，坡度18.0 ‰［1］。

2 施工地段的地质条件

2.1 岩性

隧道出露地层有第四系全新统；三叠系中统、下统；二叠系上统、下统。岩性主要有灰岩、白云岩、泥质灰岩、页岩、盐溶角砾岩、炭质页岩、煤层(煤线)及块石土、碎石土、砂黏土等。

2.2 地质构造

隧道穿越的主体构造为齐耀山背斜。该背斜处于上扬子台坪恩施褶皱带和利川褶皱带与四川台坳川东褶皱带的接触部位。构造以褶皱为主，断裂较少。主要断裂与褶皱为同期形成，发育在应力集中的背斜核部或近核部。

2.3 水文地质条件

齐耀山背斜两翼槽谷形态完整。NW翼呈窄条状展布；SE翼槽谷开阔，局部发育呈岩溶洼地，两翼富水性相似。由于水系纵横切割，槽谷形态已被破坏，地形向北急倾形成裂点，地下水由南向北运动富水性较差。

2.4 地震动参数

根据GB 18306-2001《中国地震动参数区划图》隧址区动峰值加速度为0.05g，动反应谱特征周期0.35 s。

2.5 不良地质与特殊岩土

隧址区主要不良地质现象为岩溶、煤层瓦斯、采空区、边坡崩塌、危岩、进口仰坡顺层；主要工程地质问题有软质岩及软弱夹层、断层高地应力等。

3 施工阶段风险评估对象及目标

评估对象：安全风险是铁路隧道风险评估的首要目标，需要在保证安全的前提下，对余家隧道施工过程中的安全、质量、环境、投资、工期、第三方等进行评估。

评估目标：余家隧道施工根据施工图阶段风险评估结果、施工地质、资源配置及实施方案进行再评估，提出相应的施工措施，注重施工管理、措施评价和落实，保证施工安全和减少损失［2］。

4 施工阶段风险评估程序

4.1 施工阶段风险评估基本程序

(1)检查施工图阶段所做的全部风险评估结果和相关数据资料，以及勘察设计阶段的方案及地勘报告。结合自身施工水平和现场情况对初始风险进行识别。

(2)对初始风险进行评价，对各个风险因素评价其发生的概率和后果等级，并最终确定初始风险的等级。

(3)对初始风险所造成的直接经济损失进行估计评价。

(4)依据初始风险评价结果和风险接受准则，结合实际施工工艺制定相应的方案和措施。

(5)对风险进行再评估，提出残留风险等级及可能造成的直接经济损失。

(6)得出施工阶段风险评估结果［3］。

4.2 施工阶段风险评估流程

施工阶段风险评估流程见图1。

5 施工阶段风险评估内容

5.1 风险指标体系

余家隧道施工阶段风险指标体系见表1。

5.2 风险清单表

分析余家隧道存在的风险因素、风险事件和风险后果，对施工阶段隧道的风险进行说明，见表2。

6 施工阶段风险评估方法

评估方法：余家隧道风险评估是结合初步设计资料以及施工图阶段的风险评估结果结合实施性施工组织设计，采用专家调查法进行本次风险评估。

图1 施工阶段风险评估流程

表1 余家隧道施工阶段风险评估指标体系

7 施工阶段风险评估结果

通过对余家隧道初始风险等级进行统计，该隧道12.6%段落突水(泥)初始风险等级判定为“高度”，82.2%段落突水(泥)初始风险等级判定为“中度”；14.92%段落塌方初始风险等级判定为“中度”；11.5%段落瓦斯初始风险等级判定为“中度”；大变形有7.3%段初始风险等级判定为“高度”；28.9%段初始风险等级判定为“中度”。洞口失稳和地表失水初始风险等级都为“中度”，环境影响初始风险等级判定为“低度”，综合考虑各风险因素，余家隧道初始风险等级为“中度”。详细情况见余家隧道施工阶段初始风险统计(表3)。

通过对余家隧道施工阶段初始风险等级进行统计，对风险等级判定为“高度”“中度”等级的风险采取相应的工程对策后，判定其残留风险为“中度”“低度”风险。因此，余家隧道在施工安全、第三方损失等目标风险方面都是可以接受，施工可行。

表2 余家隧道施工阶段风险清单表

8 施工阶段风险处理措施

落实超前地质预报工作。实施监控量测工作，及时反馈施工情况，验证设计和预防风险事件。对岩溶和断层破碎带施工阶段风险减缓措施。

续表2

续表2

表3 余家隧道施工阶段初始风险统计

8.1 地质超前预报

DK248+893～DK252+346隧道穿越可溶岩地层采用每个断面布设3个φ89探测孔(其中一孔取岩芯)，对掌子面前方地下水、地温及围岩情况进行探测，探测孔25 m一个循环，单孔长度为30 m左右，相邻探测孔之间的搭接长度为5 m［4］。

8.2 施工开挖措施

根据地质勘察报告的资料，围岩等级为Ⅴ—Ⅳ级，余家隧道采用多级台阶法施工、开挖方式主要采用钻孔爆破法。

8.3 衬砌支护措施

根据地质勘察报告的资料，围岩等级为Ⅴ—Ⅳ级，衬砌采用复合式衬砌、为了防止底鼓的隆起变形、出现偏压，应设置仰拱(图2)。

图2 超前小导管环向布置

8.4 排水降水措施

(1)溶洞于隧道出露部位增加一层φ6-8钢筋网片，网片上设一层厚6 mm钢板；预埋好泵送注浆管道和排水管道，排水管道采用2根φ100 mm盲管(盲管高出缓冲层1 m)，并与隧道排水系统连通。

(2)距隧道左右两侧溶洞发育区开挖修建泄水洞、泄水洞直通隧洞洞口将水排出隧道段。若某段溶洞不与泄水洞相交，需修建引水洞，将溶洞与泄水洞相连(图3、图4)。

图3 泄水洞横断面示意

图4 泄水洞平面示意

8.5 高度、极高等级突水、突泥风险减缓措施

DK251+510～DK251+570的齐耀山断层破碎带采用帷幕注浆堵水；隧道可溶岩接触带前后各20 m范围采用局部注浆堵水。帷幕注浆见图5。

图5 帷幕注浆

8.6 通过煤系瓦斯风华带风险减缓措施

(1)隧道穿过瓦斯溢出地段，应预先确定瓦斯探测方法，并制定瓦斯稀释措施、防爆措施和紧急救援措施(图6)。

图6 超前探孔布置

(2)隧道通过瓦斯地区的施工方法，宜采用全断面开挖，因其工序简单、面积大、通风好，随掘进随衬砌，能够很快缩短煤层的瓦斯放出时间和缩小围岩暴露面，有利于排除瓦斯。

(3)加强通风是防止瓦斯爆炸的最有效的办法。

(4)施工期间建立瓦斯监测、报警和施工通风系统，稀释和排出洞内瓦斯，防治瓦斯积聚。

(5)对煤系瓦斯段，洞内严禁使用明火，严禁将火柴、打火机、手电筒及其他易燃品带入洞内。

(6)辅助坑道穿越煤系地层时参考隧道设计。

8.7 断层带、浅埋破碎带及洞口破碎带塌方风险减缓措施

(1)在掘进到DK251+510～DK251+570的齐耀山断层破碎带等不良围岩破碎带时候，应采取“先排水、短开挖、弱爆破、强支护、早衬砌、勤测量”的施工方法［5］。

(2)加强塌方的预测。

(3)加强初期支护，控制塌方。

(4)对于余家隧道，建议采用进出口段采用大拱脚台阶法开挖，Ⅴ级Ⅰ型加强复合衬砌，全环工20 b型钢钢架0.6 m/榀加强支护，φ89大管棚超前支护(图7)。

图7 φ89大管棚超前支护

8.8 洞口失稳施工阶段风险减缓措施

对于余家隧道进出口 DK248+874～DK248+920、DK252+270～365段施工时，应在开挖前做好超前地质预报工作。可应用地震波探测仪对掌子面前方30～100 m范围内的不良地质体的位置、规模、性质作较为详细的预报，粗略的预报围岩级别和地下水情况，每100 m施作一次，当有异常情况时适当加密。对于异常区打30 m超前水平钻孔，探明不良地质体的规模和边界，岩体的完整程度、地下水的大小和压力，提供直接的围岩变更依据。

施工开挖采用大拱脚台阶法开挖，Ⅴ级Ⅰ型加强复合衬砌，全环工20 b型钢钢架0.6 m/榀加强支护，φ89大管棚超前支护。