浅谈公路隧道设计和施工安全评估

圣小艳

（山西交通职业技术学院 公路系，山西 晋中 030619）

公路隧道安全与地质和水文等自然条件、工程设计、施工组织方案、建设管理经验、交通等使用环境有关，安全风险在设计、建设、运营各阶段均不同程度存在。公路隧道安全评估在我国刚开始，2010年交通运输部下发通知要求对公路隧道设计进行安全评估，当时的公路隧道相关规范中没有明确的规定。同时，因公路建设的投资模式和管理模式多样化，工程各阶段的管理者存在变换，管理者按要求负责本阶段的安全评估，安全评估是作为指导，因此隧道安全评估存在不能贯穿于工程各阶段的情况，使得安全评估不能为隧道建设安全很好地发挥其作用。笔者结合安全评估案例，对公路隧道安全评估进行了分析。

1 公路隧道设计安全评估现状

《公路工程技术标准》（JTG B01—2014），要求二级及二级以上的干线公路应在设计时进行交通安全评估，其他公路在有条件时可进行交通安全评估[1]，对工程设计和施工等没要求进行安全评估。高速公路，一、二级公路和有特殊要求的公路建设项目应作环境影响评估和水土保持方案评估。

《公路隧道设计规范》（JTG D70—2004）和《公路隧道设计细则》（JTG/T D70—2004），2019年5月实施的《公路隧道设计规范》（JTG 3370.1—2018），均对隧道设计安全评估没有要求[2-3]。2010年4月8日，交通运输部下发了《关于在初步设计阶段实行公路桥梁和隧道工程安全风险评估制度的通知》，建设条件复杂、技术难度大的桥梁和隧道工程，在初步设计阶段，对工程方案进行风险评估，特别是部审批初步设计的国家重点公路工程项目。该通知对隧道安全风险评估的适用范围、评估范围、评估内容、评估方法和步骤、实施要求共5方面做了要求和规定。

《公路桥梁和隧道工程设计安全风险评估》，适用于隧道工程初步设计阶段和施工图设计阶段的安全风险评估。《公路项目安全性评价规范》（JTG B01—2014），对工程可行性研究阶段、初步设计阶段、施工图设计阶段、交工阶段、后评估进行了指导和规定[4]，适用于公路工程的总体评估，包含隧道工程。

2 公路隧道施工安全评估现状

《公路隧道施工技术规范》（JTG F60—2009）和《公路隧道施工技术细则》（JTG/T F60—2009），对隧道施工安全评估没有要求[5-6]。2020年8月1日开始实施的《公路隧道施工技术规范》（JTG/T 3660—2020）为推荐性标准，其中简单提及施工应进行相关安全风险评估，但是因该规范为推荐性标准使得其执行性降低。2011年5月，交通运输部下发《公路桥梁和隧道工程施工安全风险评估指南（试行）》，对适用范围、评估范围、评估方法、评估步骤、评估组织和评估报告、实施要求共6方面做了要求和规定。《公路项目安全性评价规范》（JTG B01—2014）对施工安全风险评估没有要求。《公路桥梁和隧道工程施工安全风险评估制度及指南解析》，对施工安全风险评估指南（试行）进行了分析和解释[7]，并结合工程案例进行了分析。隧道施工安全评估原则上由项目施工单位具体负责；当存在多个合同段时，总体风险评估应由建设单位牵头组织；专项风险评估仍由施工单位具体负责。隧道施工总体风险评估，施工前，根据地质环境条件、建设规模、结构特点等孕育环境和致险因子，估测施工期间的整体安全风险大小，确定其静态条件下的安全风险等级。隧道施工专项风险评估，当工程总体风险评估等级达到Ⅲ级（高度风险）及其以上时，将其中高风险的施工作业活动（或施工区段）作为评估对象，根据其作业风险特点以及类似工程事故情况进行风险源普查，并针对其中的重大风险源进行量化估测，提出相应的风险控制措施。

现结合案例分析说明安全评估的部分现状。

2.1 案例一

某城市快速通道工程新建隧道下穿正在运营的高速公路，平面交叉角度40°，对既有高速公路安全进行评估。高速公路为整幅路基，路宽15 m。具体交叉情况：

a）新建双洞分离式公路隧道下穿高速公路，隧道净宽10.5 m、净高5 m，右洞开挖拱顶距路面13.355 m。b）左洞开挖拱顶距路面14.362 m。c）隧道右洞下穿高速公路的变电站和收费站管理办公楼，右洞开挖拱顶距变电站基底26.127 m，右洞开挖拱顶距收费管理站办公楼基底16.85 m。d）隧道左洞下穿高速公路位置还紧邻高速公路的隧道洞口。快速通道工程隧道与高速公路交叉位置及关系见表1、图1和图2。

表1 新建隧道下穿高速公路情况一览表

图1 隧道与高速公路交叉情况纵断面图

图2 隧道下穿高速公路影响范围图

施工图设计阶段，隧道下穿高速公路时对高速公路安全进行评估。评估根据新建隧道的围岩、衬砌结构、辅助施工措施、施工方法、施工监控量测、超前地质预报、埋深对路基稳定及地表建筑物稳定进行了分析，从隧道方案、隧道开挖导致地表沉降影响范围分析计算、施工采用的临时措施、开挖方法、高速路基安全稳定、高速收费管理站房屋安全稳定、高速公路隧道变电站安全稳定、施工期高速公路运营方案等方面进行了分析。评估发现新建隧道下穿高速位置影响了收费管理站房屋、高速公路、既有隧道、变电站房屋，建议适当调整路线下穿位置可减少影响，但因土地和方案已经无法修改，所以无法修改隧道下穿位置。

隧道方案考虑了高速公路的安全，没有考虑洞顶房屋和隧道的稳定，导致实施安全问题多，处治和施工难，仅能通过工程措施减少影响，若是能修改完善隧道路线方案，能将对既有工程的影响和工程难度降低。因此，新建隧道对既有道路和建筑物影响的安全评估，是一个复杂的综合性问题，需要从隧道方案、设计、地质、施工、既有构造物安全稳定、运营安全等多方面进行分析，针对不同构造物的特点和使用安全要求进行全面分析。复杂设计方案，必须做初步设计安全评估，才能便于总体风险控制。

该隧道设计阶段仅施工图设计进行了安全评估，施工单位组织对隧道施工方案进行了安全评估，施工图设计和施工方案的安全评估仅能对方案进行完善来减少安全风险。

2.2 案例二

某新建省道位于正在运营的高速公路隧道上方，新建省道有一座双洞分离式隧道和4处路基与既有隧道交叉。新建隧道埋深74 m，位于既有隧道上方160 m处。4处交叉路基分别位于高速隧道洞顶114 m、105 m、58 m、46 m（图3），高速隧道围岩基本都是Ⅴ级围岩。其中，在第三次与第四次交叉之间是冲沟，高速隧道埋深26 m，此段新建公路为填方路基。

图3 路与隧道四次交叉位置

初步设计阶段，新建公路与高速公路隧道交叉时对既有高速公路隧道的安全进行评估。评估对新建工程方案、埋深影响分析、新建路基及隧道施工方法、隧道地质情况、隧道结构、监控量测等进行了分析。结论认为：隧道交叉基本没有影响，注意施工爆破控制即可；隧道上方开挖和填筑路基对既有隧道有一定的影响。隧道埋深较浅处，路基开挖影响隧道的深浅埋；浅埋段填筑路基增加了隧道洞顶荷载；公路排水汇流到隧道洞顶影响隧道围岩和水；路基开挖和压实可能扰动既有隧道结构。因此，需要注意对路基型式、路基排水、施工方法、监控量测方面采用措施或合适方法，避免和减小对既有隧道的影响。

该项目隧道并没有进行全过程安全评估，仅在初步设计阶段进行了隧道安全评估，因施工图设计和施工阶段没有进行隧道安全评估，存在对安全风险处治不全面的可能。

2.3 案例三

某双向四车道高速公路，设计荷载公路-Ⅰ级，隧道净宽10.75 m×净高5 m，施工阶段两座隧道做了施工风险评估。1号隧道为左右线分离式隧道，右洞长1 253 m，左洞长1 407 m，隧道存在浅埋段和偏压段隧道。2号隧道为左右线分离式隧道，右洞长3 832 m，左洞长3 765 m，左右线均属特长隧道。详见表2。

表2 隧道围岩情况及风险情况

隧道施工风险评估主要采用了LEC法、检查表法、风险矩阵法。专项风险评估流程分为四步：第一步，成立评估小组，通过对施工分析进行风险源普查；第二步，风险源分析；第三步，风险估测，对一般风险和重大风险进行专项评估；第四步，风险控制，对风险源提出对策措施和建议。本次风险源分析评估，经过对隧道工程的施工情况和风险源的讨论和分析，咨询施工经验丰富的隧道专家，采用科学合理的评估办法，并查阅了大量的资料。通过风险评估，认识到隧道在施工过程中可能发生坍塌、涌水突泥、洞口失稳、物体打击、人员高处坠落、触电、机械伤害、车辆伤害、火灾等风险，这些事件均可能对隧道施工的安全、工期、投资及第三方造成不利影响。隧道通过一系列对策措施，可将风险降至可接受范围。

隧道施工安全风险受隧道地质情况影响最大，受施工方法和施工辅助措施影响很大，施工组织和条件对安全影响也比较大。施工安全评估方法很多，建议采用简单、适合施工现场情况、全面的评估方法，使安全评估结论全面且实用，能够指导施工安全。

该项目仅在施工阶段，施工单位做了隧道施工安全评估，设计阶段未做安全评估，存在对安全风险处治不全面的可能。

3 现状和存在问题分析

通过对现行规范和规定中对安全评估规定的分析，结合上述项目的隧道安全评估情况和内容，分析总结了如下几个问题和建议供探讨：

a）隧道初步设计、施工图设计和施工各阶段安全评估的重点是不同的，但是隧道规划、设计、施工、运营是一体相关的，目的是隧道使用安全舒适。其中，设计决定了工程的难度和施工方法等，施工可对设计中的不足进行完善，运营可通过交通安全设施和机电设施提高使用安全性和舒适性。因此，一是隧道工程各阶段的安全评估做到全过程衔接；二是现缺少技术规范进行系统详细规定；三是隧道施工安全风险高，管理单位应要求施工单位对施工方案进行安全评估。

b）目前隧道基本没有对交通安全设施进行安全评估，因为其对隧道运营安全影响很大，建议施工图阶段进行评估。隧道是一个空间狭小的、封闭的管状构造物，这些自身缺陷，可通过交通安全设施和机电设施来弥补。建议在项目施工交通安全设施和机电设施前，以施工图、各阶段的安全评估、管理部门关于项目的批复、咨询审查意见等为依据，特别是现场影响运营安全的因素，对隧道安全性做一次系统全面的评估，并根据评估结论对存在问题进行处治，确保隧道运营安全。

c）公路隧道安全评估，根据评估对象可归类为3种：（a）隧道自身建设安全风险评估，对路线、限界、结构、逃生及救援、交通安全设施等的评估；（b）新建隧道与既有工程（隧道、房屋、道路、桥梁、管道等）交叉时，对既有工程的安全评估；（c）隧道施工安全评估，对施工涉及的人、物、事件等的评估。

d）公路隧道安全评估实施时间短，已明确了需要评估的项目和事件，但对安全评估的要求不够详细，需进一步细化评估内容。隧道安全评估是一个复杂的工作，涉及问题复杂且多样，如隧道下穿道路时，对涉路的安全评估；如既有隧道上方新建道路，对隧道的安全评估；如隧道下穿既有建筑物，对既有建筑物的安全评估；隧道安全评估涉及工程有房屋建筑、公路、铁路、水库、输气管道、输水管道、输油管道等，如表3为隧道下穿既有工程的案例，对不同主体的评估，需要进行多个专业技术方面的评估，需要工程经验丰富的技术人员。

表3 隧道下穿建筑物评估内容

表4 隧道下穿建筑物现场情况

e）隧道安全评估结论受评估人员和单位的技术水平影响大，相关工程经验很重要，需要进一步寻找方法解决。

f）调查法现采用的主要是专家调查法，该方法有局限。笔者认为有两条原因：一、专家是有限的，专家一时考虑的问题可能会有不足之处；二、建议对现场施工人员和勘察设计人员进行调查，因工程参建人员对项目有深入和直接的了解，若结合众人的建议，对风险事件分析可能更加全面。

4 小结

工程技术人员是以规范为指导进行设计和施工，建议公路隧道设计和施工规范，对安全评估进行相关要求和规定，应预留隧道各阶段做安全评估的费用。

图4 分类排除法分析风险

安全评估的关键是寻找隧道存在的安全隐患，避免事故的发生。事故风险损失和危害大小的确定方法比较多，关键是采用合适的方法。笔者根据风险的可控性，提出风险分类排除方法供参考：第一步，确定不可避免的风险、可避免的风险；第二步，不可避免的风险中，确定哪些风险是采用措施可基本避免，哪些风险是采用措施可部分避免；第三步，采用措施可部分避免风险中，确定哪些风险是采用措施可将损失降到最低，哪些风险是采用措施也毫无办法；第四步，将风险分析到驾驶员，通过信号、文字、声音、色彩变化等措施提醒人员，避免事故发生。

各阶段的隧道安全评估，必须结合已做的安全评估，对运营安全和结构安全作出分析和提出建议，提出工程风险处治措施的相关建议。