西平铁路隧道施工风险评估与管理

1工程概况11工程简述西安至平凉线位于陕西省中西部和甘肃省东部。地处渭北、陇东黄土高原，东连西安枢纽，西接宝中铁路，行经陕甘两省的咸阳、庆阳、平凉三市，途经我国十三大煤炭基地之一黄陇基地的彬长矿区，与312国道和正在建设中的银武高速公路并行。丁家山隧道位于乾县丁家山附近，隧道起讫里程为DK49905DK55679，全长5774米。隧道最大埋深约为100M，为一单线土质隧道。隧道进口位于乾县漠西乡吴村北侧约400M，塬边斜坡地带，地势平缓，地表均辟为耕地。出口位于乾县漠西乡四里坊村东北侧约300M，黄土残塬的边缘，冲沟右岸的黄土坎边，塬面经受强烈剥蚀，地形起伏较大。隧道进口位于半径为800米右偏圆曲线上，其余位于直线。隧道洞身处于10、11的上坡。隧道不良地质为湿陷性黄土隧道进出口及隧道洞身顶部的第四系上更新统黏质黄土具有自重湿陷性。根据土工试验及湿陷性计算进口DK49905DK50600段、洞身DK50600DK54400段、出口DK55560DK55680段土体具有很严重湿陷性，湿陷等级为IV级。膨胀土夹层洞身穿越Q2黄土中古土壤夹层具有弱膨胀性。丁家山隧道各类型衬砌参数如下表边墙22砂浆锚杆钢架二次衬砌衬砌类型喷层厚度CM长度M间距拱墙钢筋网类型米/榀拱墙CM仰拱CMIV级围岩1031212652525/3540IV级围岩加强断面2031212652525H1251123540V级围岩2335121082020I1614040V级围岩加强断面2335121082020I16084040注为钢筋混凝土IV级围岩一般地段采用短台阶法施工，V级围岩及下穿民房段采用弧形导坑留核心土法施工。全隧V级围岩共计745米。DK49905DK50150245米、DK55560DK55679119米为V级围岩，埋深浅，且洞身穿越Q2黄土中古土壤夹层具有弱膨胀性，施工中采用I16工字钢架间距08米，此段共计364米。DK50150DK50391241米、DK52650DK52750100米、斜井与正洞连接段40米段为V级围岩，施工中采用I16工字钢架间距1米此段共计381米。全隧IV级围岩共计5029米。其中，浅埋段以及下穿桥北村民房或线路距民房较近，施工中采用H125型钢加强支护，钢架间距12米，共计2459米。4处非绝缘锚段关节共计480米采用H125型钢加强支护，钢架间距1米。其余2090米IV围岩一般断面初支内不设钢架。仰拱超前二衬施作，采用仰拱栈桥整幅施作，拱墙一次衬砌不设纵向施工缝。隧道为复合式衬砌，初期支护与二次衬砌间设EVA防水板加土工布防水。环向施工缝采用中埋式橡胶止水带防水，纵向施工缝采用钢边止水带防水，变形缝采用中埋式橡胶止水带加膨胀止水条加嵌缝材料防水。隧道进出口洞门均为耳翼墙式洞门。12工程地质特征工点所在处主要为第四系全新统冲积黏质黄土、中更新统风积黏质黄土。13地质构造本工点位置处于陕甘宁坳缘褶段。工点范围内断层、褶皱不发育。14水文地质工点范围内地表水不发育，洞身范围内地下水不发育，该隧道进出口两侧冲沟发育，下沟深度大，地形破碎，为泄水地形，不利于地下水储存，各钻孔资料揭示均未有地下水。隧道富水性属贫水区，隧道采用大气降水法预测，隧道正常涌水量为8656M3/D,最大涌水量17312M3/D，局部黏质黄土中的古土壤层和钙质结核层中有地下水渗出的可能性。15特殊岩土与不良地质1）不良地质隧道出口位于黄土冲沟突出的黄土梁咀上，黄土梁两侧深切的冲沟边均发育有溜坍体，溜坍体主要为黏质黄土，距离隧道洞身及洞口均大于20米，隧道工程避开了溜坍体，因而对工程影响较小。2）特殊地质隧道进出口及隧道洞身顶部的第四系上更新统黏质黄土具有自重湿陷性。根据土工试验及湿陷性计算进口DK49905DK50600段、洞身DK50600DK54400段、出口DK55560DK55680段土体具有很严重湿陷性，湿陷等级为IV级。16地震动参数及气象资料1）地震动参数根据中国地震动参数区划图（GB183062001），本段地震峰值加速度为010G（相当于地震烈度7度）。地震动反应谱特征周期为045S。2）气象资料本区属于南温带大陆性亚湿润气候区，冬季寒冷，夏季炎热，四季分明。平均气温127，极端最高温度394，极端最低温度169，最热月平均气温263，最冷月平均气温18。雨季多集中在每年的78月份，年平均降水量为5258MM，年平均蒸发量为1469MM，年平均风速20M/S，最大风速210M/S。土壤最大冻结深度50CM。2风险评估与管理目标及内容铁路隧道风险评估与管理的目标为安全风险、环境风险、工期风险、投资风险及第三方风险等。施工阶段风险管理目标为根据设计阶段风险评估结果、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。1）在施工前仔细、全面地熟悉施工图纸，核对图纸与现场实际情况是否相符。2）在施工前制定风险管理实施细则，进行人员培训。3）在施工前结合设计文件对工程影响范围内的建（构）筑物、居民生产生活用水等周边环境及地质条件进行全面核查。4）在设计阶段风险评估的基础上，结合环境和地质条件、施工工艺、设备、施工经验和工程特点等，对新发现的风险进行识别，提出风险处理措施供业主决策，对已识别的风险进行监测。5）施工现场公示识别的风险，其内容包括风险描述、监测方案、应急预案、责任人等。6）施工过程中风险的监测包括施工监测、工况和环境巡视、作业面状态描述、风险处置过程和发展趋势等内容；在施工过程中将地质超前预报、监控量测纳入施工的重要工序，按照设计要求编制施工监测的实施方案，对工程自身结构及环境风险进行全面监测；提前识别和预测地质风险因素，保证施工安全。7）建立风险的预警、响应及信息报送机制。根据实时监测数据、工况、环境巡视和作业面异常状态等，确定预警级别，形成异常状况报告；对可能发生重大突发风险事件的预警状态，立即启动相关预案，组织处理，同时第一时间报送业主、设计单位、监理单位。附“风险评估与管理基本流程图”，“施工阶段风险评估流程图”3风险评估管理体系31风险管理组织机构中铁三局指挥部总工程师李瑞俊局指安质部朱东坡局指工程部程永伟西平铁路桥隧公司项目部进口工区姚杰丁家山隧道斜井工区赵鹏丁家山隧道出口工区郝家温丁家山隧道32风险评估组织领导1）局指挥部成立风险评估领导小组，成员如下组长李瑞俊成员程永伟、朱东坡、刘志强、李景龙、马建2）项目部成立风险评估小组，风险评估小组组长由项目经理担任，风险评估小组副组长由安全质量部部长担任。小组成员包括技术、质量、安全、机械、物资、财务管理人员。成员如下组长郭建强副组长任志远组员赵亮、孙卫中、王园园、张世成、候克、韩全智33风险评估管理制度1）明确风险管理的目标，实施规范化、标准化的风险管理重点工程项目施工前必须进行风险评估，风险评估包括工程概况描述；工程地质、不利环境的影响；重大危险源；危害因素的系统辩识；项目风险发生的概率、潜在损失严重程度和风险等级确定，以及质量、安全控制对策措施。2）实施动态风险管理，建立预警预案系统每个阶段、不同时刻对工程进展中的风险因素予以评估和分析，根据分析的风险大小进行评估，由接受风险准则给出最优的风险规避措施。随着工程项目的进展，实施风险预报及报警和预案。3）提高施工技术，增强风险意识技术管理和研究的工程技术人员提高施工技术及工程管理水平以避免工程事故的出现；同时掌握保险的有关理论，及时的为施工的工程项目投保以在事故发生时最大限度的转移风险。4风险评估与管理41风险因素识别对丁家山隧道施工过程中主要风险因素进行核对如下表丁家山隧道施工风险因素核对表典型风险事件风险因素塌方地表下沉大大变形洞口段失稳其它洞口偏压地表受人为活动影响严重，窑洞、坑洞、陡坎、低洼等洞口黄土冲沟高陡变坡、桥隧相连黄土陷穴地形黄土浅埋地表建筑物（构筑物）地质第四系黏质黄土地下水、地表水不良地质滑坡、错落湿陷性黄土特殊岩土黏质黄土中古土壤（膨胀土）铺助坑道斜井1）地层方面体现在地层层次分布情况、不同岩土介质材料的物理力学性质与参数、岩土介质在切削搅拌后的流动性、粘性和变形以及各种不良地质情况等。主要工程地质为黄土。隧道穿过地层表层黄土具有湿陷性。丁家山隧道进出口及隧道洞身顶部的第四系上更新统黏质黄土具有自重湿陷性。根据土工试验及湿陷性计算进口DK49905DK50600段、洞身DK50600DK54400段、出口DK55560DK55680段土体具有很严重湿陷性，湿陷等级为IV级（很严重）。DK49905DK50150、DK55560DK55679段为V级围岩，埋深浅，且洞身穿越Q2黄土中古土壤夹层具有弱膨胀性。丁家山隧道DK51580DK51620段虽无特殊地质，但斜井与正洞相交，需加强支护。2）施工现场风险因素地质资料的不确定性、工作面塌方、洞外危崖落石、危石、洞口滑坡等。3）水文资料方面，主要包括岩土的渗透性、含水量、流向与流速；水位、水压和水的冲刷力；水的腐蚀性；水的补给来源等。丁家山隧道洞身无地下水。含水量对黄土的工程性质影响很大，易发生塑性变形。地下水对混凝土无腐蚀作用。4）其它障碍物，主要包括建筑或其它构筑物、各种管线设施、废弃构筑物、其它孤立物，如孤石等。丁家山隧道DK50391DK50700、DK50820DK51580DK51620DK51830DK52350DK52650DK52750DK53230DK55160DK55560段浅埋及下穿桥北村民房或线路距民房较近。42风险评估1）施工前要列出所有可能的风险，并针对每个风险，列出其发生的可能性，即发生的概率。每个风险的概率值采用主观测验法如由项目部成员估算。概率等级1很不可能；2不可能；3偶然；4可能；5很可能。2）风险影响后果对各种风险的影响程度进行分析、评估而形成的风险表。风险影响后果等级的取值1轻微的；2较大的；3严重的；4很严重的；5灾难性的。3）风险等级风险等级分为四级，如下表表示风险等级标准轻微的较大的严重的很严重的灾难性的后果等级概率等级12345很可能5高度高度极高极高极高可能4中度高度高度极高极高偶然3中度中度高度高度极高不可能2低度中度中度高度高度很不可能1低度低度中度中度高度4）设计阶段风险评估后，风险评估结果如下表丁家山隧道风险等级表序号风险因素风险事件概率等级后果等级风险等级1洞口偏压失稳21低度2地表受人为活动影响严重，窑洞、坑洞、陡坎、低洼等失稳、变形、塌方22中度3洞口黄土冲沟高陡失稳33高度4黄土陷穴塌方21低度5黄土浅埋塌方22中度6地表建筑物（构筑物）变形21低度7第四系黏质黄土塌方22中度8洞口段湿陷性黄土失稳11低度9黏质黄土中古土壤夹层（膨胀土）变形11低度10斜井交叉口塌方22中度11滑坡、错落等不良地质失稳22中度43风险响应措施项目风险响应计划对需关注的项目风险事件制定应对策略和响应措施，以消除、减小、转移风险。1）技术措施。对隧道采用超前地质预报、加强监控量测等以便采取对应措施。1超前地质预报为进一步查清因前期地质勘察工作的局限而难以探查的、隐伏的重大地质问题，根据掌握的地质灾害前兆和超前预测预报地质灾害，及时改进施工方法，调整施工工艺，确定防灾预案，进而指导工程施工的顺利进行，又由于丁家山隧道为黄土隧道，在本隧道施工的全过程中进行超前地质预报。超前地质预报的方法有地质素描、地质调查、超前钻孔。通过地质素描、地质调查以及超前导管超前钻孔等方法查明如下A地层岩性地层时代划分,岩组划分,岩体性态,切割程度,围岩等级等。B贯穿性节理产状、密度、宽度、延伸情况，节理面特征、力学性质。分析判断组合特征、岩体完整性程度，控制局部坍方的构造内因。C水文地质以及围岩的含水量D隧道埋深及周边环境。2监控量测A监控量测的项目有拱顶下沉、净空变化、洞内外观察、地表沉降等。净空变化（围岩收敛）量测侧线数，按下表和下图布置。净空变化量测侧线数地段开挖方法一般地段特殊地段弧形导坑每台一条水平测线每台一条水平测线，两条斜测线台阶法每台阶一条水平测线每台阶一条水平测线，两条斜测线丁家山隧道V级围岩收敛量测断面间距一般按10米，IV级围岩一般按30米间距设置。B洞内量测频率按日变形量和距开挖面距离双因素指标控制U5MM/D或（01）B每日2次5MMU1MM/D或（12）B每日1次1MMU05MM/D或（25）B每23日一次。02MMU/D或（5）B每7日一次。（注U日变形量B隧道开挖宽度）2）组织措施。对已被确认的有重要影响的风险要确定专人负责管理，确定风险责任主体及相关的责任、权利和义务。431黄土地质应对措施本隧道斜井及正洞主要穿越黄土，对于黄土地质中第四系黏质黄土、湿陷性黄土、黄土陷穴、地表受人为活动影响严重，窑洞、坑洞、陡坎、低洼、洞口偏压、冲沟高陡等地质，遵循“短开挖、少扰动、强支护、实回填、严治水、勤量测”的施工原则，压缩施工工序间距，精心组织施工。并采取以下措施1）采用短台阶或弧形导坑（留核心土）法开挖，设超前支护，初期支护紧跟开挖施做，衬砌紧跟。仰拱及时跟进，初期支护尽早封闭成环。2）施工前，对地表进行详细调查，对隧道有影响的陷穴、低洼进行回填、疏导、铺砌，防止地表水下渗。3）含水量对黄土的工程性质影响很大，易发生塑性变形。施工中，密切注意洞内地下水的发育情况，加强施工用水管理，做到洞内用水管理有序，保持洞内排水通畅，严防软化地基出现坍塌。施工水池远离线路，以防成为坍塌的诱因。4）仰拱超前并及时施做仰拱，防止钢架内移失稳造成塌方。5）锚喷施工支护的施工工序，按开挖、初喷、布设锚杆、挂网或架立钢架、复喷的步骤进行。在开挖完成后，及时施做初期支护，约束围岩早期变形，防止隧道产生坍塌。6）在上半断面施工支护完成并进行下部开挖时，拱脚位置预先采取加固措施，打锁脚锚杆或锚管，防止由于下部开挖拱脚失稳拱架下沉，引起坍塌。7）系统锚杆与钢架焊接，以增强初期支护的整体性。8）钢架在初喷混凝土后及时架设。钢架与喷混凝土形成一体，钢架与围岩间的间隙用喷射混凝土回填密实。衬砌背后要回填密实，特别是拱顶回填9）施工全过程进行监控量测，包括地表变形及建筑物构筑物的监控量测，建立完善的施工收敛变形量测体系。对量测数据及时进行整理分析并把结果反馈到施工中，以指导施工，确保施工安全。加强监控量测，根据量测结果决定支护强度和二次衬砌时间；在初期支护基本稳定后，施作二次衬砌。10）衬砌不能脱模过早，定期检查衬砌拱架和模板台车的刚度，防止因其变形造成衬砌开裂。11）施工中逐段核实围岩级别，若与设计不符，及时提出变更；做好黄土构造节理的产状与分布状况的调查，对因构造节理形成的不稳定部位加强支护，防止坍塌。12）洞口段施工避开雨季，及早修建洞门及洞口排水设施，洞口排水系统在施工期的雨季之前完成。13）施工中做好超前地质预报工作，如发现不良地质、特殊情况，及时针对性进行支护以确保施工安全。432浅埋、穿越膨胀性古土壤夹层应对措施本标段三座隧道均有浅埋段，丁家山隧道DK49905DK50150、DK55560DK55679段为V级围岩，埋深浅，且洞身穿越Q2黄土中古土壤夹层具有弱膨胀性。施工中除做好以上“431黄土地质应对措施”中安全措施外，还要特别加强如下措施1）本段按照设计严格采用弧形导坑（留核心土）法施工。2）黄土中古土壤夹层具有弱膨胀性，尽量减少对围岩的挠动。开挖过程中为减少机械对土质的扰动，机械开挖预留30CM，剩余由人工修整。隧道沿中线方向每次勾机开挖少于设计拱架间距10CM，剩余10CM由人工修整。3）防止雨水的浸湿。浅埋段施工避开雨季，施工中加强度施工用水的管理，严防水浸湿软化地基。4）开挖过程中，尽量缩短围岩暴露时间，并及时衬砌，以尽快恢复洞壁因土体开挖而解除的部分围岩应力，减少围岩膨胀变形。5）施工中，本段较其它地段要加大预留变形量。加强监控量测工作，根据变形量测资料及时调整预留变形量。433下穿民房段应对措施丁家山隧道DK52500DK52600DK52750DK53230段下穿桥北村民房或线路距民房较近。以上两段全部为IV级围岩。施工中除做好以上“431黄土地质应对措施”中安全措施外，还要特别加强如下安全措施1）施工前对下穿民房及距离线路较近民房进行调查，会同相关部门对其使用状况进行评价，并对上述地段增加地表量测项目，范围包括线路两侧50米，掌子面前方30米范围。2）下穿段在隧道施工时，对洞内及地表设专门安全员，进行24小时巡回检查。观察有无异常情况。3）本段隧道开挖尽量缩短开挖进尺，每次开挖不超过一榀钢架间距，按照设计严格采用弧形导坑（留核心土）法施工。4）加强初期支护的施工质量，重点是钢架间距、安装水平、钢架连接质量、喷射混凝土质量、锁脚锚杆（管）施作质量等。5）缩短工序衔接。初期支护尽快成环。加强工、料、机配备，尽量减少由于人为因素、机械故障、材料储备等因素造成停工。尽快通过下穿段。6）仰拱、衬砌与掌子面的步长关系符合要求，并尽量缩短，紧跟开挖。仰拱距掌子面距离在2530米之间，衬砌与上台阶掌子面距离在3540之间7）加强洞内、地表建筑物构筑物的监控量测，并把结果及时反馈到施工，发现情况及时处理。加密监控量测断面间距，下穿民居段为IV级围岩，采用量测断面间距为20米。加密量测频率，下穿民居段量测在衬砌前均不小于每天1次。434洞口滑坡、错落应对措施根据本标段隧道工程实际情况，做好洞口排水系统。施工场地布置避开滑坡及堆积层不良地质条件，做好截、排水沟。便道等临时工程修建避开危岩、落石段，同时考虑防洪要求。洞口边仰坡开挖前先应做好排水系统。洞顶天沟与路基排水系统相连通。对洞身范围内的冲沟陷穴进行调查。对隧道附近的陷穴按设计要求进行回填。435斜井进正洞段应对措施丁家山隧道DK51580DK51620段为斜井与正洞交叉段。施工中除做好以上“431黄土地质应对措施”中安全措施外，还要特别加强如下安全措施1斜井进正洞斜切段，钢架逐渐转体至与线路平行，钢架尺寸变化大，各部安装尺寸按设计计算尺寸进行安装，安装误差控制在规定范围内。2斜井与正洞相交处钢架受力大且复杂，对斜井底部钢架需加强刚度，确保安全，采取的措施有加大钢架工字钢型号，增加初支厚度等。3）对斜井与正洞相交段各部钢架的连接处必须进行栓焊共同连接，并保证满焊。严格控制锁脚锚杆、系统锚杆的施作质量。4施工时确保洞内的通风状况良好，为作业人员提供良好的作业环境。5施工时密切观察围岩情况，并启动安全应急预案。6施工中加强监测，挑顶处斜交段范围内及时进行收敛变形量测，及时收集数据，做好信息反馈，当出现异常时及时采取应急措施。44施工阶段风险评估结果对施工阶段存在风险采取以上处理措施后，风险等级如下表序号风险因素风险事件概率等级后果等级风险等级1洞口偏压失稳11低度2地表受人为活动影响严重，窑洞、坑洞、陡坎、低洼等失稳、变形、塌方12低度3洞口黄土冲沟高陡失稳12低度4黄土陷