浅谈隧道安全风险评估

关于隧道风险评估的探讨刘灼（专业：建筑与土木工程学号：120117121）摘要：近几年来，我国隧道建设迅速发展。开展铁路隧道风险评估，有利于减少安全事故的发生，杜绝安全隐患，降低避免施工中出现的风险事故，从而达到控制风险、减少损失建设优质高效工程的目的。此文主要针对铁路隧道风险评估的方法进行探讨。引言近年来，铁路隧道建设迈入了快速发展阶段，平均每年新开工隧道建设长度超过500公里，特别是高速客运专线和一些速度目标值比较高的大断面隧道增长更快，据统计，截止到2007年底，在建铁路隧道总长度已超过3000km。从总体上看，随着科技进步和安全管理水平的提高，隧道施工事故大幅度减少，但由于隧道工程的复杂性和其他种种原因，隧道施工仍比其他施工工程作业事故相对频繁而严重，尤其是隧道坍塌、爆破、触电和高处坠落等惯性事故时有发生。由于铁路隧道建设技术难度较大，且限于目前的技术水平，人们对有些岩体和地质情况认识也并不十分全面，这给隧道建设和运营管理都带来了挑战。如何有效控制铁路隧道设计、施工和运营管理等各阶段潜在的各种风险，减少财产损失和人员伤亡，就需要对隧道进行必要的风险预测，提出规避风险和风险转移的对策，以确保施工的安全。本文拟对铁路隧道的风险评估的方法进行一些探讨。1风险评估的基本概念所谓风险，包括两个基本要素：一是风险是活动或事件发生的潜在可能性；二是对工程产生不良或不利的后果。国际隧道协会定义风险是对人身安全、财产、环境有潜在损害和对工程有潜在经济损失或延期的不利事件发生的频率和影响结果的综合[1]。国际隧道协会定义风险评估是风险分析与风险评价的综合[2]。其中风险分析是对风险的识别和定性或定量的描述，风险评价是将风险分析的结果与风险的接受准则或其他决策准则进行比较的过程。因此依据风险的描述方式，风险评估分为定性的和定量的两种方法。定性的风险评估主要用于工程建设前期，在可行性研究、合同阶段，由于可获得的工程信息量较少，可采用定性分析方法对其工期、费用做出预测并为方案决策提供基础；而在其结构的详细设计、施工和运营阶段，随着设计目标和各种地层条件、周围环境条件等参数的明确，借鉴已有的工程经验可选用定量的风险评估方法。不同的风险评估方法在分析问题的深度、广度和精确度方面是不一样的。隧道风险评估的基本程序应包括制定评估计划、进行风险识别、风险衡量与评价。风险识别是风险评估的基础，是指运用一定的方法，判断在项目周期中已面临的和潜在的风险，内容包括确定初始风险的来源及分类，建立便于量化评价的风险指标体系。风险衡量与评价主要是按照一定的数学模型建立可操作的评价模型，确定单一风险因素使目标风险可能发生的概率和损失，综合各风险因素，对项目目标的影响程度进行多风险因素综合影响分析，提出风险等级和处置措施。2隧道和地下工程建设中的风险因素分析隧道和地下工程建设具有投资大、施工周期长、施工项目多、不可预见风险因素多和对社会影响大等特点。风险的发生既有内在因素也有外在因素，主要包括工程地质和水文地质条件的复杂性工程施工技术和工艺水平与工程建设周边环境的复杂性以及人为因素等。2．1工程地质和水文地质条件的复杂性工程地质和水文地质条件主要指地层分布、岩性、岩土体的力学性质以及地下水的分布和发育情况、岩土的渗水性、水的腐蚀性等等。由于地质勘探的局限性，人们只能通过个别测试点对场地的工程地质和水文地质条件进行分析，且受现场和室内试验设备条件等的限制，岩土体力学参数往往具有较大的误差。实践表明，场地的工程地质和水文地质条件具有较大的不连续性和空间变异性，这些复杂因素从定性上给隧道和地下工程的带来了巨大的风险。2．2工程施工技术和工艺水平隧道和地下工程建设中，施工机械设备的精度以及施工队伍的业务水平等对工程建设风险都有直接的影响。隧道和地下工程施工技术方案和工艺复杂，对施工方案的理解以及工艺的把握非常重要，不同地质条件下的施工方法不同，任何操作上的不足或失误均会给工程建设带来风险。此外，工程周期长且施工条件差，施工人员的安全情况也给工程建设带来了风险。2．3施工周边环境的影响隧道和地下工程建设中，无论采用何种方法或工艺都会不可避免地对周边环境或建筑物带来一定影响。周边环境包括地面建筑物的类型、建筑物与隧道和地下工程的距离、建筑物的文物价值、周围管线和道路状况以及周边环境和社会群体等，各种因素均会对工程建设带来风险。3风险评估的基本方法铁路隧道的风险评估按照项目建设进行的阶段可分为设计阶段风险评估、施工阶段风险评估以及运营管理阶段的风险评估，在各阶段中，按评估目标可大致分为安全风险、工期风险、投资风险、环境风险及第三方风险等。3．1设计阶段的风险评估设计是整个项目的源头。从源头抓起，科学做好铁路隧道设计阶段的风险评估，能最大限度地降低隧道各类风险，降低工程造价，为后期运营管理提供更大的便利条件，起到事半功倍的效果。设计阶段风险评估又分为可行性研究、初步设计和施工图3个阶段的风险评估。3．1．1可行性研究阶段风险评估可行性研究阶段的风险评估主要是针对安全、工期、投资、环境等几方面展开的。这一阶段可采用多种方法进行风险识别，但由于勘察资料祥略不一和设计深度深浅不等，加之时常遇到地质水文条件、采空区、环境保护区等缺少更准确的技术资料，一般采用专家调查表法更经济、简便、适用。这一方法起源于20世纪40年代末期，在工程领域应用较广，主要做法是通过与多名专家及时的纵横向沟通，反复校正，以逐步形成预测和识别依据。风险衡量和评价，一般采用定性的方法，在有条件的地区或是有详细的地质资料情况下，最好采用定性与定量相结合的方法。隧道可行性研究阶段的风险因素分析如表1。表1可行性研究阶段风险因素类别项目地质因素区域地形、地貌、地质对隧道方案影响程度不良地质、特殊岩土对隧道方案的影响程度地质勘察的不确定性影响其他因素隧道技术因素施工工法的选择(矿山法、掘进机法和盾构法)类似工程可参考程度结构设计技术难度特长隧道的线路情况辅助坑道其他因素在风险识别的基础上，要按照目标风险进行分类，确定单项风险因素的致险概率和后果，按照风险指数进行风险分级，对于一般隧道可根据接受准则对每一风险因素提出应对措施。对于低度风险，可忽略；对于中度风险，应在初步设计阶段加强地质勘察，加深线路方案和隧道技术方案的研究，并进行更深入评估，如在郑西客运专线的可研阶段，就专门针对线路穿越湿陷性黄土地区的实际情况进行了长时间深入方案论证，充分揭示了在这一地区建设客运专线隧道可能遇到的技术风险，为后期建设提供了有利的支撑；对于高度及以上风险，应慎重研究修改或改变线路或隧道技术方案，如向莆铁路戴云山隧道，原设计方案隧道长度约28km，地下水极其发育，且水压很高，隧道大部分地段为反坡施工，施工安全、工期和投资风险极大，后来调整线路纵坡，绕长线路，缩短隧道长度，从根本上降低了隧道的施工风险。3．1．2初步设计阶段风险评估初步设计阶段应根据可行性研究阶段评估结果，结合本阶段的勘察资料和设计原则，对采用矿山法施工的塌方、瓦斯、突水突泥、岩爆、大变形等典型风险进行评估，对采用掘进机法和盾构法施工的设备、掘进、盾构进出洞等典型风险进行评估。初步设计阶段应根据隧道地质纵断面情况分段评估，确定初始风险(典型风险)等级，提出相应的设计措施。3．1．3施工图阶段风险评估施工图阶段已有比较详尽的勘察设计资料和设计文件，应根据初步设计审查意见，对设计方案需进行重大修改的隧道进行评估。对高度等级的残留风险，设计单位应提出风险减缓措施，减低风险到中度及以下。对中度等级的残留风险，应在施工图注意事项中明确，在施工阶段予以监控。3．2施工阶段风险评估施工阶段是各种风险的暴露期，由于这一阶段事故的高发性和对经济效益影响，而成为工程风险分析研究的重点。这一阶段，对工程地层情况已有比较明确的认识，对可能产生的风险有了比较科学准确的评价，重点是解决由于设计阶段对实际地质情况的勘探不足、认识以及设计计算理论不完善而可能出现的不可预见的风险。这一时期应针对不同施工工法的典型风险进行动态的风险评估，如矿山法施工侧重于安全和环境风险，典型风险包括塌方、瓦斯、突水突泥、岩爆、大变形等；洞口段明挖法典型风险主要是指山体开裂变形、第三方损失等；掘进机法和盾构法施工的隧道侧重于安全和设备可靠性评估，典型风险包括设备事故、掘进事故、盾构进出洞事故、水底隧道涌水等。矿山法施工隧道典型风险因素识别可参照表2进行。表2矿山法施工风险核对风险事件、因素塌方瓦斯突水突泥大变形岩爆施工准备情况气象调查★★★★★与施工有关法令调查★★★★★设计文件核对情况★★★★★施工组织设计★★★★★其他★★★★★施工地质勘察资料搜集情况★★★★★常规地质法情况★★★★★超前地质预报情况★★★★★其他★★★★★开挖情况开挖方式★★★★★循环进尺★★★★★瓦斯预抽放★爆破器材检查和落实★★★★★预留变形量★续上表注：其中打“★”表示该风险因素对风险事件有影响。4结论风险评估具有超前性，它研究的是潜在风险事件发生的可能性及可能带来的损失大小，对这一问题做定量分析，主要借助于同类事件的统计资料，但在数据不足的情况下，定性分析也是非常重要的。由于隧道与地下工程独一无二掌子面减压措施★应力释放措施★地下水处理★★★爆破方法★★★★★隧道超挖情况★★★进洞★落底★★挑顶★★断面变化处或工法转化处★其他风险事件、因素塌方瓦斯突水突泥大变形岩爆支护及衬砌情况支护刚度★★超前支护★★★预注浆★隔离措施★气密性混凝土★施工缝沉降缝处理★地层与加固与改良★支护时机★★★★支护方法★★★★支护质量★★★★其他监控量测水量★水质★水压★掌子面稳定情况★★★★量测器材及布置★★★★★量测频率★★★★★规范要求监测项目★★★★★监控量测制度★★★★★信息反馈及处理★★★★★瓦斯(浓度、压力)★其他的特征以及相关资料的缺乏，目前无论是定性分析或定量分析，在对风险事件的估计中主要还是依赖于专家调查法。因此实践中应根据工程的具体政策、目标、评价目的和评估的不同阶段而选用定性或定量或二者兼而有之的风险评估方法。大量的不确定性和模糊性是隧道与地下工程的固有特点，而且大部分工程具有独一无二的特征，因此可考虑开展模糊数学、灰色系统理论、神经网络等理论与传统风险评估方法耦合的研究，以进一步减小风险估计中的不确定性、提高其准确性。参考文献[1]路美丽,刘维宁,罗富荣,李兴高.隧道与地下工程风险评估方法研究进展[J].工程地质学报,2006.14(4):462-469[2]卞晓琳,何平,施烨辉.风险管理在隧道及地下工程中的应用研[J].中国安全科学学报,2009,6:154-158[3]武赞.关于铁路隧道风险评估方法的探讨[J].铁路工程造价管理,2007,22(6):8-11