淺談隧道安全風(fēng)險評估

1、關(guān)于隧道風(fēng)險評估的探討劉灼（專業(yè)：建筑與土木工程學(xué)號:120117121 ）摘要：近幾年來，我國隧道建設(shè)迅速發(fā)展。開展鐵路隧道風(fēng)險評估，有利于減少安全事 故的發(fā)牛，杜絕安全隱患，降低避免施工屮出現(xiàn)的風(fēng)險事故，從而達(dá)到控制風(fēng)險、減少 損失建設(shè)優(yōu)質(zhì)高效丄程的冃的。此文主要針對鐵路隧道風(fēng)險評估的方法進(jìn)行探討。引言近年來，鐵路隧道建設(shè)邊入了快速發(fā)展階段，平均每年新開工隧道建設(shè)長度超過500 公里，特別是高速客運專線和一些速度目標(biāo)值比較高的大斷面隧道增長更快，據(jù)統(tǒng)計， 截止到2007年底，在建鐵路隧道總長度已超過3000km。從總體上看，隨著科技進(jìn)步和安 全管理水平的提簡，隧道施工事故人幅度減少，但山于

2、隧道工程的復(fù)朵性和其他種種原 因，隧道施工仍比其他施工工程作業(yè)事故相對頻繁而嚴(yán)重，尤其是隧道坍塌、爆破、觸 電和高處墜落等慣性事故時有發(fā)生。由于鐵路隧道建設(shè)技術(shù)難度較人，且限于目前的技 術(shù)水平，人們對冇些巖體和地質(zhì)情況認(rèn)識也并不i 分全面，這給隧道建設(shè)和運營管理都 帶來了挑戰(zhàn)。如何有效控制鐵路隧道設(shè)計、施工和運營管理等各階段潛在的各種風(fēng)險， 減少財產(chǎn)損失和人員傷亡，就需要對隧道進(jìn)行必要的風(fēng)險預(yù)測，捉出規(guī)避風(fēng)險和風(fēng)險轉(zhuǎn) 移的對策，以確保施工的安全。本文擬對鐵路隧道的風(fēng)險評估的方法進(jìn)行一些探討。1風(fēng)險評估的基本概念所謂風(fēng)險，包括兩個基本要索：一是風(fēng)險是活動或事件發(fā)生的潛在可能性；二是對 工程產(chǎn)生不

3、良或不利的后果。國際隧道協(xié)會定義風(fēng)險是對人身安全、財產(chǎn)、環(huán)境有潛在 損害和對工程有潛在經(jīng)濟損失或延期的不利事件發(fā)牛.的頻率和影響結(jié)果的綜合1 o國際 隧道協(xié)會定義風(fēng)險評估是風(fēng)險分析與風(fēng)險評價的綜合2。其小風(fēng)險分析是對風(fēng)險的識別 和定性或定量的描述，風(fēng)險評價是將風(fēng)險分析的結(jié)果與風(fēng)險的接受準(zhǔn)則或其他決策準(zhǔn)則 進(jìn)行比較的過程。因此依據(jù)風(fēng)險的描述方式，風(fēng)險評估分為定性的和定量的兩種方法。 定性的風(fēng)險評估主要用于工程建設(shè)前期，在可行性研究、合同階段，由于可獲得的工程 信息量較少，可釆用定性分析方法對其工期、費用做出預(yù)測并為方案決策提供基礎(chǔ)；而 在其結(jié)構(gòu)的詳細(xì)設(shè)計、施工和運營階段，隨著設(shè)計忖標(biāo)和各種地層條

4、件、周圍環(huán)境條件 等參數(shù)的明確，借鑒已冇的工程經(jīng)驗可選用定雖的風(fēng)險評估方法。不同的風(fēng)險評估方法 在分析問題的深度、廣度和精確度方面是不一樣的。隧道風(fēng)險評估的基木程序應(yīng)包括制定評估計劃、進(jìn)行風(fēng)險識別、風(fēng)險衡量與評價。風(fēng)險識別是風(fēng)險評估的基礎(chǔ)，是指運用一定的方法，判斷在項目周期屮己面臨的和潛在的風(fēng)險，內(nèi)容包括確定初始風(fēng)險的來源及分類，建立便于量化評價的風(fēng)險指標(biāo)體系。風(fēng)險衡量與評價主耍是按照-定的數(shù)學(xué)模型建立可操作的評價模型，確定單一風(fēng)險因素使 口標(biāo)風(fēng)險可能發(fā)生的概率和損失，綜合各風(fēng)險因素，對項冃口標(biāo)的影響程度進(jìn)行多風(fēng)險 因素綜合影響分析，提出風(fēng)險等級和處置措施。2隧道和地下工程建設(shè)中的風(fēng)險因素分析

5、隧道和地下工程建設(shè)具有投資大、施工周期長、施工項目多、不可預(yù)見風(fēng)險因素多和 對社會彩響人等特點。風(fēng)險的發(fā)牛既有內(nèi)在因素也有外在因索，主要包括工程地質(zhì)和水 文地質(zhì)條件的復(fù)雜性工程施工技術(shù)和工藝水平與工程建設(shè)周邊環(huán)境的復(fù)雜性以及人為 因素等。2. 1工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件的復(fù)雜性工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件主要指地層分布、巖性、巖土體的力學(xué)性質(zhì)以及地下水的 分布和發(fā)育悄況、巖土的滲水性、水的腐蝕性等等。由于地質(zhì)勘探的局限性，人們只能 通過個別測試點對場地的丄程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件進(jìn)行分析，且受現(xiàn)場和室內(nèi)試驗設(shè)備 條件等的限制，巖土體力學(xué)參數(shù)往往具有較大的誤差。實踐表明，場地的工程地質(zhì)和水 文地質(zhì)條件具有較

6、人的不連續(xù)性和空間變異性，這些復(fù)雜因索從定性上給隧道和地下工 程的帶來了巨人的風(fēng)險。2. 2工程施工技術(shù)和工藝水平隧道和地卜-工程建設(shè)中，施工機械設(shè)備的精度以及施工隊伍的業(yè)務(wù)水平等對工程建 設(shè)風(fēng)險都有直接的彫響。隧道和地下工程施工技術(shù)方案和工藝復(fù)雜，對施工方案的理解 以及工藝的把握非常重要，不同地質(zhì)條件下的施工方法不同，任何操作上的不足或失誤 均會給工程建設(shè)帶來風(fēng)險。此外，工程周期長且施丁條件差，施t人員的安全情況也給 工程建設(shè)帶來了風(fēng)險。2. 3施工周邊環(huán)境的影響隧道和地下工程建設(shè)中，無論采用何種方法或工藝都會不可避免地對周邊環(huán)境或建 筑物帶來一定影響。周邊環(huán)境包括地面建筑物的類型、建筑物與

7、隧道和地下工程的距離、 建筑物的文物價值、周用管線和道路狀況以及周邊環(huán)境和社會群體等，各種因素均會對 工程建設(shè)帶來風(fēng)險。3風(fēng)險評估的基本方法鐵路隧道的風(fēng)險評估按照項目建設(shè)進(jìn)行的階段可分為設(shè)計階段風(fēng)險評估、施工階段 風(fēng)險評估以及運營管理階段的風(fēng)險評估，在各階段屮，按評估目標(biāo)可大致分為安全風(fēng)險、 工期風(fēng)險、投資風(fēng)險、環(huán)境風(fēng)險及第三方風(fēng)險等。3. 1設(shè)計階段的風(fēng)險評估設(shè)計是整個項目的源頭。從源頭抓起，科學(xué)做好鐵路隧道設(shè)計階段的風(fēng)險評估，能 最大限度地降低隧道各類風(fēng)險，降低工程造價，為后期運營管理提供更大的便利條件， 起到事半功倍的效果。設(shè)計階段風(fēng)險評估又分為可行性研究、初步設(shè)計和施工圖3個階段 的風(fēng)

8、險評估。3. 1. 1可行性研究階段風(fēng)險評估可行性研究階段的風(fēng)險評估主要是針對安全、工期、投資、環(huán)境等兒方而展開的。 這一階段町采川多種方法進(jìn)行風(fēng)險識別，但由于勘察資料祥略不一和設(shè)計深度深淺不等, 加z時常遇到地質(zhì)水文條件、采空區(qū)、環(huán)境保護(hù)區(qū)等缺少更準(zhǔn)確的技術(shù)資料，一般采用 專家調(diào)查表法更經(jīng)濟、簡便、適用。這一方法起源于20世紀(jì)40年代末期，在工程領(lǐng)域應(yīng) 用較廣，主要做法是通過與多名專家及時的縱橫向溝通，反復(fù)校正，以逐步形成預(yù)測和 識別依據(jù)。風(fēng)險衡量和評價，一般采用定性的方法，在有條件的地區(qū)或是有詳細(xì)的地質(zhì) 資料情況下，最好采用定性與定量相結(jié)合的方法。隧道可行性研究階段的風(fēng)險因素分析 如表1。

9、表1可行性研究階段風(fēng)險因素類別項h地質(zhì)因素區(qū)域地形、地貌、地質(zhì)対隧道方案影響程度不良地質(zhì)、特殊巖土對隧道方案的彩響程度地質(zhì)勘察的不確定性影響其他因索隧道技術(shù)因 素施工工法的選擇（礦山法、掘進(jìn)機法和盾構(gòu)法）類似工程可參考程度結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)難度特長隧道的線路情況輔助坑道其他因素在風(fēng)險識別的基礎(chǔ)上，要按照冃標(biāo)風(fēng)險進(jìn)行分類，確定單項風(fēng)險因素的致險概率和 后果，按照風(fēng)險指數(shù)進(jìn)行風(fēng)險分級，對于一般隧道可根據(jù)接受準(zhǔn)則對每一風(fēng)險因索提出 應(yīng)對措施。對于低度風(fēng)險，可忽略；對于小度風(fēng)險，應(yīng)在初步設(shè)計階段加強地質(zhì)勘察， 加深線路方案和隧道技術(shù)方案的研究，并進(jìn)行更深入評估，如在鄭西客運專線的可研階 段，就專門針對線路穿

10、越濕陷性黃土地區(qū)的實際情況進(jìn)行了長時間深入方案論證，充分 揭示了在這一地區(qū)建設(shè)客運專線隧道對能遇到的技術(shù)風(fēng)險，為后期建設(shè)提供了有利的支 撐；對于高度及以上風(fēng)險，應(yīng)慎重研究修改或改變線路或隧道技術(shù)方案，如向莆鐵路戴 云山隧道，原設(shè)計方案隧道長度約28 km,地下水極其發(fā)育，且水壓很高，隧道人部分地 段為反坡施丁，施工安全、t期和投資風(fēng)險極人，后來調(diào)整線路縱坡，繞長線路，縮短 隧道長度，從根本上降低了隧道的施工風(fēng)險。3. 1. 2初步設(shè)計階段風(fēng)險評估初步設(shè)計階段應(yīng)根據(jù)可行性研究階段評估結(jié)果，結(jié)合本階段的勘察資料和設(shè)計原則，對采 用礦山法施工的塌方、瓦斯、突水突泥、巖爆、大變形等典型風(fēng)險進(jìn)行評估，對

11、采用掘 進(jìn)機法和石構(gòu)法施工的設(shè)備、掘進(jìn)、盾構(gòu)進(jìn)出洞等典型風(fēng)險進(jìn)行評估。初步設(shè)計階段應(yīng) 根據(jù)隧道地質(zhì)縱斷面悄況分段評估，確定初始風(fēng)險（典型風(fēng)險）等級，捉出相應(yīng)的設(shè)計措 丿施。3. 1. 3施工圖階段風(fēng)險評估施工圖階段已有比較詳盡的勘察設(shè)計資料和設(shè)計文件，應(yīng)根據(jù)初步設(shè)計審查意見，對 設(shè)計方案需進(jìn)行重人修改的隧道進(jìn)行評佔。對高度等級的殘留風(fēng)險，設(shè)計單位應(yīng)提出風(fēng) 險減緩措施，減低風(fēng)險到中度及以下。對中度等級的殘簾風(fēng)險，應(yīng)在施工圖注意事項中 明確，在施工階段了以監(jiān)控。3. 2施工階段風(fēng)險評估丿施丁階段是各種風(fēng)險的暴露期，由于這一階段事故的高發(fā)性和對經(jīng)濟效益彩響，而成 為工程風(fēng)險分析研究的重點。這一階段，

12、對工程地層情況已冇比較明確的認(rèn)識，對可能 產(chǎn)生的風(fēng)險有了比鮫科學(xué)準(zhǔn)確的評價，重點是解決由于設(shè)計階段對實際地質(zhì)時況的勘探 不足、認(rèn)識以及設(shè)計計算理論不完善而可能出現(xiàn)的不可預(yù)見的風(fēng)險。這一時期應(yīng)針對不同施工工法的典型風(fēng)險進(jìn)行動態(tài)的風(fēng)險評估，如礦山法施工側(cè)重 于安全和環(huán)境風(fēng)險，典空風(fēng)險包括塌方、瓦斯、突水突泥、巖爆、大變形等；洞口段明 挖法典型風(fēng)險主要是指山體開裂變形、第三方損失等；掘進(jìn)機法和盾構(gòu)法施工的隧道側(cè) 重于安全和設(shè)備可靠性評估，典型風(fēng)險包括設(shè)備事故、掘進(jìn)事故、盾構(gòu)進(jìn)出洞事故、水 底隧道涌水等。礦山法施工隧道典型風(fēng)險因索識別可參照表2進(jìn)行。表2礦山法施工風(fēng)險核對風(fēng)險事件、因素塌方瓦斯突水突泥

13、大變形巖爆施t 準(zhǔn)備 情況氣象調(diào)杳打施工有關(guān)法令調(diào) 查設(shè)計文件核對情況施t組織設(shè)計具他丿施工 地質(zhì) 勘察資料搜集情況常規(guī)地質(zhì)法情況超前地質(zhì)預(yù)報情況其他開挖 情況開挖方式循環(huán)進(jìn)尺瓦斯預(yù)抽放爆破器材檢查和落 實預(yù)留變形量續(xù)上表注:其中丄zz««掌子面減壓措施應(yīng)力釋放措施地卜-水處理爆破方法隧道超挖情況進(jìn)洞落底挑頂斷面變化處或工法 轉(zhuǎn)化處其他風(fēng)險事件、因素塌方瓦斯突水突泥大變形巖爆表示支護(hù) 及襯 砌情況支護(hù)剛度該風(fēng)超前支護(hù)險因預(yù)注漿素對隔離措施風(fēng)險氣密性混凝土爭件施工縫沉降縫處理有於nrfn地層與加固與改良uihjo支護(hù)時機4支護(hù)方法支護(hù)質(zhì)量結(jié)其他監(jiān)控 量測水量論水質(zhì)水壓風(fēng)險掌了

14、而穩(wěn)定情況評估量測器材及布置具有量測頻率超前規(guī)范要求監(jiān)測項冃性，它監(jiān)控量測制度研究信息反饋及處理的是瓦斯（濃度、壓丿j）潛tilf71r厶其他事件發(fā)生的口j能性及可能帶來的損失大小，對這一問題做定量分析，主要借助于同類事件的 統(tǒng)計資料，但在數(shù)據(jù)不足的情況下，定性分析也是非常重要的。山于隧道與地下工程獨一無二 的特征以及相關(guān)資料的缺乏，目前無論是定性分析或定量分析，在對風(fēng)險事件的估計屮 主要還是依賴于專家調(diào)查法。因此實踐中應(yīng)根據(jù)工程的具體政策、冃標(biāo)、評價冃的和評 估的不同階段而選用定性或定雖或二者兼而冇z的風(fēng)險評佔方法。大雖的不確定性和模 糊性是隧道與地下工程的固有特點，而且大部分工程具有獨一無二的特征，因此可考慮 開展模糊數(shù)學(xué)、