隧道风险评估方案

山西中南部铁路通道ZNTJ-12标工程立家长隧道风险评定方案中铁十八局集团中南部铁路通道项目经理部六月目录TOC\o"1-2"\h\z\u1.风险评定原则 12.隧道概况 13.风险评定对象及目的 34.风险评定人员 35.风险评定办法及评定程序 46.风险评定内容 46.1.风险指标体系 46.2.风险清单表 56.3.风险分级及接受原则 56.4.初始风险等级评定 67.初始风险解决方法 78.残存风险等级评定 79.风险评定结论 7立家长隧道风险评定方案1.风险评定原则风险评定目的是从施工源头查清风险因素，合理拟定风险等级，放弃或修改残留风险高的工程方案，提出风险解决和监控方法，进行系统的风险管理，提高风险的管理水平，保障安全、保护环境、确保工期、控制投资、提高效益。风险评定和管理在实施中应动态调节，以确保风险评定得以顺利进行。根据立家长隧道风险评定表和对策方法，结合立家长隧道地质资料，进一步研究地质调查和收集资料，资料局限性时认真补充或得到有关信息后，再进行讨论。2.隧道概况立家长隧道位于山西省平顺县北耽车乡，隧道进口位于立家长村东南山岭村西侧，出口位于立家长东侧。洞口附近有村道通过，交通相对便利。隧道里程DK551+960～DK556+628，中心里程DK554+294，全长4668m。进、出口线路设计路肩标高分别为819.33m、768.34m，洞身最大埋深约307m。隧道洞身纵坡为单面下坡，坡率分别为-10.6‰、-11.0‰、-10.5‰。隧道进口端设立有R=1200m的曲线，其它地段为直线。该隧道为单洞双线，线间距4m，设计行车速度120km/h，建筑限界采用“隧线-2B”，曲线地段加宽，轨上净空面积S=63.6m2。立家长隧道自然条件见表1。表1立家长隧道工程自然条件表序号项目重要内容1自然地理概况立家长隧道位于太行山脉主体西部区段，穿越中高山区，多为不太开阔的“V”型河谷，谷底与分水岭相对高差500m以上，山顶普通呈浑圆状。地面高程为680～830m，山坡陡峻，自然坡度变化较大，部分下缓上陡，自然坡度普通为17～35°，山体上部较陡，为直立陡崖，隧址区多为杂草，植被覆盖率约60～80%。立家长隧道场地属太行山剥蚀中山区，地形起伏较大，地形复杂，相对高差400m。隧道呈北东南西方向展布，斜穿北东向脊岭。隧道进口山坡坡角21°左右，外侧较开阔平顺，分布民房及旱地。洞身缓坡为旱地，陡坡为荒地，生长灌木杂草。出口地形较陡，坡角43～59°，下方为旱地。隧道洞身冲沟不发育，无地表水。场区覆盖层较薄，局部多裸露，出露岩性为砾岩、灰岩、泥灰岩等。隧址区夏季受海洋性暖湿气团影响，盛行东南季风；冬季受极地干冷气团控制，雨雪稀少。根据沿线近10～30年气象资料，按对铁路工程影响的气候分区原则，隧址区属严寒地区。土壤最大冻结深度93cm。年平均气温9.2℃，最冷月平均气温-5.5℃，极端最高气温38.4℃，极端最低气温-20.7℃，年平均降雨量583.1mm，年最大降雨量820mm，平均风速2.2m/s（主导风向为南西风），最大风速13.7m/s（主导风向为西风），最大积雪深度24cm。地震动峰值加速度为0.10g，相称于地震基本烈度Ⅶ度，地震动反映谱特性周期为0.40s。2工程地质特性隧道穿越的地层重要为下古生界奥陶纪上统（0）灰色厚层状含燧石团块结核白云岩、灰岩及页岩夹灰岩，下古生界寒武纪上统（ε3）灰色厚层状含结核灰岩。深隧道所穿越地层分别为：①新黄土（Q3pl+dl）：棕褐色，稍湿，稍密，组份以黄土为主，含碎石约占20%，粒径10～40mm，次棱角状，母岩成分为灰岩，表层含植物根系。①1粉质粘土（Q3pl+dl）：褐黄色，稍湿，硬塑，土质不均匀，表层含有植物根系，本层重要分布于隧道进口上部、出口附近及缓坡。①2粗圆砾土（Q3pl+dl）：褐黄色，稍密～中密，稍湿，土质不均匀，表层含有植物根系，卵石含量约60%，重要成分为灰岩、石英砂岩，厚度约0.5～1.5m，重要分布于隧道进口及缓坡。①3粗角砾土（Q3pl+dl）：杂色，中密，稍湿，重要成分为灰岩，分选性普通，级配较好，普通粒径60～100mm，含量约75%，多呈尖棱状，充填粉质粘土，重要分布于隧道进口。②泥灰岩：灰色，中厚层状构造，重要成分为方解石。表层风化呈灰白色，节理裂隙较发育。③石膏岩：黄-灰黄色，岩石破碎，多呈碎块状、角砾状及土状，裂隙充填粘土，蜂窝状溶蚀现象发育。④膏溶角砾岩：灰色，弱风化，岩质较硬，微晶构造，厚层状构造，闭合状裂隙发育呈网纹状，方解石脉呈网状发育，见蜂窝状溶蚀现象，岩芯多呈碎块状，部分呈短柱状。⑤含燧石结合灰岩：灰色，微晶构造，厚层状构造，岩质较硬，节理裂隙较发育，裂隙面可见铁质浸染，局部裂隙见蜂窝状溶蚀面。岩芯多呈碎块状。⑥白云质灰岩：灰色、紫红色，微晶构造，厚层状构造，铁质胶结，岩质较硬，方解石脉发育，岩芯以块状为主。⑦白云岩：灰白色，微晶构造，厚层状构造，节理裂隙发育，表面含有刀砍纹，重要矿物成分为白云岩，局部与泥灰岩互层。⑧竹叶状灰岩：灰-灰白色，岩石具竹叶状构造，厚层状构造，矿物成分以方解石、白云石为主，裂隙局部发育，产状多为近水平，裂隙面见铁质浸染，局部夹薄层页岩。隧道场区位于新华夏系第二隆起带太行山块隆，太行山复式背斜北西翼，场区总体上为一种向斜构造，岩层产状总体上较为平缓，但稍有起伏，总体倾向为北西。DK554+250处有一条NNE走向的正断层，倾西，倾角约50°，走向长度2.5km，北东部被第四系覆盖，未见其它褶皱和断层。场区地表岩石有溶蚀现象，浅部岩石风化，节理裂隙发育，将表层岩体切割成碎块状、大块状，层理：330°∠5°、110°∠21°、275°∠11°、307°∠10°、340°∠19°。重要发育三组节理：282°∠70°、173°～190°∠76°、90°∠80°。3水文地质特性隧道左侧距隧道2km为漳河，场区地表水均向漳河排泄。隧址地表水不发育，无常年性地表水体，调查期间均未见地表水。地表水重要为大气降水形成的地表面流，水量受季节性影响变化较大，其自然排泄畅通；隧道进出口位于山体东、西两侧斜坡位置，分布标高相对较高，地表水对隧道施工影响较小，但应注意暴雨期间地表面流对洞口的冲刷破坏作用，宜采用截流、疏排方法。场区地下水可分为松散岩类孔隙水、碳酸盐类裂隙岩溶水、碎屑岩类裂隙水等三类。①松散岩类孔隙水：分布于第四系覆盖层中，以渗流、蒸发形式排泄，其动态变化附属补给形成，大气降水直接补给者，动态变化大，有雨即有水，无雨则干涸；接受基岩补给者，普通动态变化不大，为长流水（附近居民生活水源，水量很小）。场区内较小冲沟普通属于前一类，雨后1～3天内流水即缓慢干涸，即过路水。场区第四系厚度小，孔隙水水量贫乏。②碳酸盐类裂隙岩溶水：赋存于奥陶系、寒武系灰岩、白云岩等岩石中，场区岩溶不甚发育，该类地下水重要补给来源为大气降水。③碎屑岩类裂隙水：重要分布于浅部基岩裂隙中，重要补给来源为大气降水，以裂隙下降泉的形式排泄，泉流量小，属水量贫乏级。相对隔水层：隧道工程区内隔水层重要为页岩。勘察期间未发现地下水。地下水对砼构造无侵蚀性。预测隧道最大涌水量为1541m3/d。4不良地质（1）隧道穿行于可溶岩地层内，路肩高于地下水系统水位100～160m；950～1100m、700～800m溶洞系统为古岩溶系统，基本位于路肩以上，隧道开挖会碰到古溶洞、局部会产生涌水或高压涌水；630～660m溶洞系统，岩溶发育低于路肩近百米，对工程影响不大。（2）DK552+838～DK553+037段为浅埋段，且为可溶岩，岩溶较发育，可能发生突水。（3）DK553+921～+953段为断层破碎带，可能存在高水头的地下水，应加强预报，加强防备。（4）隧道出口自然坡度较陡，坡度约为47°，坡面基岩出露，上层覆盖第四系坡洪积角砾土，土质密实程度呈中密，危岩体重要为施工期间边坡开挖形成坍毁贯彻，规模较小，稳定性普通。（5）隧道场区特殊岩土为膏溶角砾岩夹薄层石膏岩，成分重要为石灰岩、白云岩及泥灰岩，重要分布于奥陶系中统地层中，地表及浅层部位的石膏已经极少见，本隧道DK552+375～DK553+800段可见于大量层次不能明显的膏溶角砾岩，含石膏层。根据钻孔岩性显示，其胶结形式多呈泥质特性、钙质胶结、少则无胶结，膏溶角砾岩物质成分多有变化，强度差别大，胶结程度极差，暴露易酥裂，遇水易崩解，饱和单轴抗压强度极低，呈弱至中档程度膨胀性及腐蚀性。3.风险评定对象及目的评定对象：立家长隧道。评定目的：通过风险评定工作，识别全部潜在的风险因素，拟定风险等级，提出风险解决方法，将各类风险降到可接受水平，以达成保障安全、保护环境、确保建设工期、控制投资、提高效益的目的。后果或损失与评定目的关系：见表2。表2后果或损失与评定目的关系表评定目的后果或损失安全风险人员伤亡、经济损失、第三方人员伤亡、第三方经济损失、工期延误工期风险工期延误、经济损失投资风险经济损失、第三方经济损失环境风险环境破坏、经济损失、第三方经济损失4.风险评定人员参加风险识别人员由含有隧道或地质专业3年以上工作或科研经验，对工程风险有足够认识程度。参加风险评价人员技术职称为工程师及以上，5年以上隧道工程或地质工程工作经验，评定构组员中应涉及隧道、地质、线路专业各一名。风险评定小构组员见表3。表3风险评定小构组员表序号姓名专业职务职称备注1陈德中隧道高工2周凯隧道高工3马艳春地质高工4王利莹隧道高工5王飙线路高工6袁帅地质高工7王明华隧道工程师8龚敏隧道工程师5.风险评定办法及评定程序以头脑风暴法和专家调查法为主进行本次风险评定。风险评定基本程序：（1）对初始风险进行识别，形成风险清单表；（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，并最后拟定初始风险的等级；（3）根据风险评价成果和风险接受准则，制订对应的方案和方法；（4）对风险进行再评定，提出残留风险等级。（5）风险评定流程图，风险评定流程图见图1。能够接受能够接受不能接受风险接受准则开始预设计检查勘察资料对初始风险因素进行识别对初始风险因素进行评定拟定减少初始风险水平的重要方法评定设计方法对风险的减轻程度预设计结束残留风险风险水平与否可接受风险水平与否可接受图1风险评定流程图6.风险评定内容6.1.风险指标体系立家长隧道风险指标体系见表4。表4隧道风险评定指标体系项目阶段施工办法目的风险风险因素或风险事件施工阶段新奥法安全塌方突水（泥、石）进出洞风险6.2.风险清单表分析隧道存在的风险因素、风险事件和风险后果，对整座隧道的风险进行阐明，见表5。表5立家长隧道风险清单表序号风险事件风险产生的因素险源类别后果1边坡垮塌1、洞口浅埋2、岩层为强风化，边坡岩体破碎G人员伤亡工期延误投资增加2坍塌1、膏溶角砾岩2、岩溶较发育3、岩体破碎G人员伤亡工期延误投资增加3突水（泥、石）1、岩溶较发育2、断层带富水3、岩体破碎，全风化G人员伤亡工期延误投资增加注：G－地质因素6.3.风险分级及接受原则铁路隧道风险分级涉及事故发生概率的等级原则、事故发生后果的等级原则和风险的等级原则，分级原则与风险接受准则参考《铁路隧道风险评定与管理暂行规定》，见表6～12。表6事故发生概率等级原则概率范畴中心值概率等级描述概率等级>0.31很可能50.03～0.30.1可能40.003～0.030.01偶然30.0003～0.0030.001不可能2<0.00030.0001很不可能1注：（1）当概率值难以获得时，可用频率替代概率。（2）中心值代表所给区间的对数平均值。表7经济损失等级原则后果定性描述灾难性的很严重的严重的较大的轻微的后果等级54321经济损失(万元)>1000300～1000100～30030～100<30注：“～”含义为涉及上限值而不涉及下限值，下列各表均同。表8工期延误等级原则后果定性描述灾难性的很严重的严重的较大的轻微的后果等级54321延误时间1（控制工期工程）（月/单一事故）>101～100.1～10.01～0.1<0.01延误时间2（非控制工期工程）（月/单一事故）>246～242～60.5～2<0.5表9相对等级原则后果定性描述灾难性的很严重的严重的较大的轻微的相对工期延误时间（%）>104～101.5～40.3～1.5<0.3第三方相对经济损失(%)>103～101～30.5～1<0.5表10环境影响等级原则后果定性描述灾难性的很严重的严重的较大的轻微的后果等级54321环境影响描述永久的且严重的永久的但轻微的长久的临时的但严重的临时的且轻微的表11风险等级原则后果等级概率等级轻微的较大的严重的很严重的灾难性的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表12风险接受准则风险等级接受准则解决方法低度可无视这类风险较小，不需采用风险解决方法和监测。中度可接受这类风险次之，普通不需采用风险解决方法，但需予以监测。高度不盼望这类风险较大，必须采用风险解决方法减少风险并加强监测，且满足减少风险的成本不高于风险发生后的损失。极高不可接受这类风险最大，必须高度重视并规避，否则要不惜代价将风险最少减少到不盼望的程度。6.4.初始风险等级评定施工阶段风险较大，特别是安全风险，在条件允许时应尽量进行较为全方面的风险评定。由于施工阶段最重要目的就是顺利施工和确保安全，因此评定重点应放在安全上，以按安全风险事故为重要评定目的。通过对立家长隧道的地层岩性、工程性质、地质构造、水文地质及特殊地质进行具体分析后，统计出立家长隧道在不采用任何方法状况下的目的风险等级（初始风险等级），见表14。表14立家长隧道初始风险等级表序号段落长度(m)风险事件成因初始风险概率等级后果等级风险等级1DK551+960～DK552+374414塌方冒顶洞口浅埋，强风化边坡，岩体破碎，围岩自稳能力差42高度2DK552+374～DK553+9081534塌方涌水存在膏溶角砾岩，围岩较破碎，裂隙水相对集中，断层破碎带，岩溶较发育，围岩稳定性差43高度3DK553+908～DK555+0841176涌水突泥古岩溶系统中可能存在积水溶腔43高度4DK555+084～DK555+332248塌方突水断层破碎带，岩体破碎，岩溶较发育，地下水富集43高度5DK555+332～DK556+266934涌水突泥古岩溶系统中可能存在积水溶腔43高度6DK556+266～DK556+628362塌方冒顶洞口浅埋，强风化边坡，岩体破碎，围岩自稳能力差42高度7.初始风险解决方法7.1.贯彻超前地质预测预报工作隧道施工时，通过综合超前地质预报手段探明掌子面前方地质条件，方便对应采用有效的施工方法，避免施工突发灾害的发生。7.2.实施监控量测工作，及时反馈施工状况，验证设计和防止风险事件在施工过程中，按照设计文献中的监控量测规定对洞内围岩和支护构造的位移、变形、受力状况以及地表水、地表建筑等进行施工过程的完整