修建公路隧道应建立安全风险性、可靠性评估体系

1修建公路隧道应建立安全风险性、可靠性评估体系中国工程院院士王梦恕2今后就任何一项工程从规划、勘测设计、施工直到运营都应进行安全、风险性、可靠性评估体系的分析，目前在预可性和可行性研究报告中只进行经济投资风险的评估，这是很狭义而不全面的。随着公路隧道的增多，和水文地质复杂性不确定性的存在，如何优质、快速、安全建成而不留隐患进行运营，需进行全方位、安全风险性、可靠性评估。3评估的内容分为四个阶段应考虑的主要问题见附表：隧道线路平纵面隧道位置选择洞口位置确定洞间距设计规划阶段支护结构方案设计防水原则信息化设计与勘测洞门、洞口段设计勘测、设计阶段洞门、洞口段设计信息化施工施工方法辅助工法正常工期和造价施工材料施工阶段合理车速确定通风、照明、信号、管理监控、防灾和救援检查与维护运营阶段安全、风险性、可靠性评估4一、线路规划中影响、安全、风险的几个问题1、为保证隧道内满足行车视距要求，以及路面超高的变化以利运营安全，中短隧道内应禁止设置S型反向曲线，长大隧道必须设置时，在反向曲线间必须设置一段缓和曲线或直线段，从司机安全操作出发，一般曲线长度是不宜过短，同时小偏角、大半径曲线容易使司机产生直线错觉易出现行车事故，曲线转角应大于7度为宜。567一、线路规划中影响、安全、风险的几个问题2、隧道纵坡一般为不小于0.3%、不大于3%，对于二、三、四级公路的中短隧道可适当放宽到5%以下，隧道内的变坡点不宜过多，要有较大直径的竖曲线以满足视距要求。8一、线路规划中影响、安全、风险的几个问题3、隧道洞口经常由于设置了缓和曲线进洞，而引起交通事故不断，所以联络洞口的线路应为直线，洞口附近不易设置竖曲线，变坡点应距离洞门有一定距离，凸形曲线上的车辆在接近变坡点时，由于视距较小，经常出现不安全事故。所以，在进洞口附近更不宜设置较大的下坡和小直径的平面曲线进洞。出洞口附近更不宜设置较小的平面曲线，设计者应考虑壁洞效应，在进出洞口应考虑司机在生理上、心理上的变化，这是确保安全、防止风险之本。9一、线路规划中影响、安全、风险的几个问题4、线路与隧道设置线路与隧道设置原则应遵守在丘陵地带以中、短隧道群为主，尽量取代半填半挖式的线路。上挡刷坡很高今后也不安全、费用高，环境破坏严重，下挡路基边坡处理也很难保证不下滑、不沉。沿沟选线采用以桥代路，不破坏环境为宜。10111213一、线路规划中影响、安全、风险的几个问题5、公路选线应靠山、不占良田，线路间距应尽量靠近，中间隔离带，在满足绿化、安全的前提下应越窄越好，以节约土地，尤其耕地，2003年仅公路建设占用耕地达56.6万亩，比2002年增加40万亩，大手笔的占地设计不可取。1415一、线路规划中影响、安全、风险的几个问题6、越岭线路的隧道宜长不宜短，尤其北方应将线路标高降到冰冷线以下。二郎山隧道为了缩短隧道长度，靠西藏边洞口仍在冰冻线以上，造成不能全天侯运营。秦岭终南山隧道长18km，是世界第二长公路隧道，缩短线路65km，实现了全天侯安全运营。161718二、隧道勘测、设计阶段在安全风险上应注意的问题1、隧道洞口位置、间距的确定原则（1）从洞口安全、环保出发，应遵守早进晚出、不刷洞口仰坡，甚至可设置明洞段进洞，应追求环境效益第一、社会效益第二、工程本身效益第三的原则，一味追求短而省钱的理念应予克服。192021222324二、隧道勘测、设计阶段在安全风险上应注意的问题（2）隧道洞口应选在从山梁上突凸处进洞，切勿沿沟凹处进洞，造成洞口引线处在深路堑之间，从水文、地质条件评价，这都是最不利的断层发育带，给设计、施工、运营会带来许多长久性的灾害。25262728二、隧道勘测、设计阶段在安全风险上应注意的问题（3）洞间距的设计原则为宜近不宜连。尤其在软弱地层段、城市隧道洞口场地紧张段等地，更应遵守。连拱隧道从结构设计、防水，施工难度上均存在很大的缺点，已被已建好的工程所证实，保证不了开展和漏水，不是一个好的结构型式、地铁工程、铁路工程在可能的条件下均将连拱改为小间距隧道。29303132333435363738二、隧道勘测、设计阶段在安全风险上应注意的问题两洞间距已不受2.5倍～3倍洞径的规定，当时规范是按松散特沙基原理确定的，该理论已不符合目前施工技术不断提高的要求，目前一些隧道设计已取消了这个规定，这是一大进步。394041二、隧道勘测、设计阶段在安全风险上应注意的问题（4）从运营通风角度考虑，防止上下行洞口污着空气短路，（既从上行排出洞口的废气，又被下行洞口的进风带进去）。因此，上下洞口之间应设置高挡墙，或建筑小品，或将上下行的洞口在里程上错开30m左右，不要设在一个横断面上。424344二、隧道勘测、设计阶段在安全风险上应注意的问题2、支护结构衬砌形式必须采用复合式衬砌，这对防水、防裂、运营通风都有好处。一次支护设计荷载应考虑全部土压力和部分水压水，当变位稳定后可施作二次衬砌。二次衬砌实质上是安全储备，但由于复合衬砌按连杆法计算，属于超静定结构，多次实验量测证明，当二次模筑衬砌做好后，荷载会自动将一次支护反受荷载的30%转移到二次衬砌上，这正是超静定结构的特点，但决不应理解为一次支护应按70%荷载进行设计，这种误解经常导致一次支护太弱，造成施工过程中的塌方、变位过大，所以应重视一次支护的设计，以调整适应不同围岩的受力，而不是用二次衬砌厚度来调整。4546二、隧道勘测、设计阶段在安全风险上应注意的问题3、从环保出发，从保护水资源出发，尤其不能因施工降低了地下水位而影响人居和农田时，必须采用“以堵为主，限排为辅”的防水设计原则，二次衬砌应按折减后的水压力进行设计。在岩溶、石灰岩地区的隧道更应重视这个问题。取消中心水沟的设计构思。设计两边水沟，水沟深应低于路面以下20cm左右，是正确的。47二、隧道勘测、设计阶段在安全风险上应注意的问题4、洞口段及洞门要考虑地震的影响，可设计不受力的斜洞门或不设洞门。洞口段一般在30m～50m处设一条减震变形缝，全洞不得变形缝。48二、隧道勘测、设计阶段在安全风险上应注意的问题5、隧道设计从安全出发不应设计上下行共用一个隧道的做法，上下行应分洞设置，两洞之间的联络通道，尤其车辆通道应适当加密，以利防灾和调头，通道两端畅通，不设防风门、该门对通风作用不大，反而影响防灾。4950515253545556二、隧道勘测、设计阶段在安全风险上应注意的问题6、结构设计的首要任务是做好方案设计：结构设计包含方案设计（概念设计、结构创作、构思、选型）和结构分析或核算两个内容，目前重分析、轻方案的做法很传统，许多设计人员把结构设计看成是规范加计算，很少重视结构创新，在设计中采用低安全度带来的节约仅能是工程造价降低1～2%，而引入的风险可能贻患无穷，如一次支护安全度设计相当低，是造成塌方的主要原因之一。所以，把精力集中到方案设计、概念设计上来，跳出因方案陈旧又使材料消耗指标过高、结构安全度过低的设计误区。57二、隧道勘测、设计阶段在安全风险上应注意的问题7、走信息化设计的道路隧道和岩土工程紧密相关，勘测在初步设计阶段仅是宏观的水文地质，而不是施工中的水文地质，这个设计应叫“预设计”，设计人员必须结合工程所揭示的水文地质、岩土特性验证和修改自己的设计参数。否则，会造成重大灾害，在实践中增长经验和判断能力。信息化设计的重要手段是用先进的量测仪器进行及时量测、及时反馈、及时研究、及时修正，要重视时空效应所带来的灾害。58三、施工阶段安全风险评估应重视的几个问题1、必须将地质超前预报做为工序配设备、配人员有费用。工程的风险、安全离不开超前预报，尤其在岩溶地区，若不明确前方是否存在含泥砂、水的岩溶，将会造成大的人身伤亡。我国有近三分之二的岩溶地区，必须重视。其预报手段必须采用几种方法同时进行检测的综合性预报。59三、施工阶段安全风险评估应重视的几个问题2、必须进行信息化施工量测是安全、优质建成隧道工程的重要手段，通过量测可及时检查施工方法是否妥当、设计参数是否合理，各施工工序是否正确。目前应用先进的无尺量测仪器和软件是非常必要的。做到及时修正、决策，不及时，必带来灾难。60三、施工阶段安全风险评估应重视的几个问题3、施工方法正确选择硬岩采用全断面开挖法或超前导洞后部扩大法，无轨运输、无轨装碴；软弱地层必须采用正台阶法，台阶不分长、中短，一律一倍洞高，过长会引起大变形、塌方，过短会引起工作面失稳。半断面禁止使用。当正台阶法满足不了地层的稳定，可采用CD法、CRD法和双侧臂导洞法等。616263646566三、施工阶段安全风险评估应重视的几个问题4、辅助工法应正确选用长管棚是公路爱采用的进洞方法，但洞内是不适宜，应以小导管为主。特殊情况下才在洞内采用长管棚，该方法造价高，严重影响工期，扰动地层严重，采用深孔注浆以取代洞内长管棚。管棚直径不宜过大，目前地铁有向大直接发展的不好趋势，通过计算和工程实践，当管棚直径超过125mm时，对仰止变形已不明显，反而浪费。6768三、施工阶段安全风险评估应重视的几个问题5、正常设计、正常施工是确保安全、风险最小的良药。当前政绩工程必须禁止，要有科学发展观，合理的设计周期能全面优化方案设计和结构设计，过短的设计周期和不合理的施工工期是违背科学的，赶工期、低造价是严重影响安全，可靠性的大忌，风险大、质量低、百年寿命都不能实现。69三、施工阶段安全风险评估应重视的几个问题6、建立工地实验室严把材料关：材料是占工程费用的大头，对钢筋、水泥、砂、石大宗料必须有严格的投招标优选制度，甲方提供甚至监理方规定都是可以的，但必须规范自己的制度和行为，从爱护工程出发，爱护各级干部出发，公开、透明、严格检验签字负责是搞好工程的先决条件，今天做为技术条件必须提出来。70四、公路隧道运营的风险1、隧道内的设计速度可以是80km/h但真正运营速度不宜过高，一般不易超过60km/h，也就是1km长的隧道1分钟穿过去比用0.75分钟穿过要安全，仅少了0.25分，有什么意义。因此，运营期间限制运营速度是安全行驶的前提，条件较差的隧道可以限制到40km/h也不会影响高速的效果。71四、公路隧道运营的风险2、应分期、分批、安装通风设备一般一公里以下的隧道不设通风和照明，用自然风、活风、反光石是能实现节约运营的要求，经济风险可化成零风险。7273四、公路隧道运营的风险对中、长隧道，根据车流量、根据隧道上坡、下坡的特点可分洞、分阶段设置，CO和可见度这两个指标通过射流通风机和清扫路面能实现3km隧道不通风的要求，加强管理可实现经济风险的化解。对于大于3km以上的长隧道，应改善通风的计算方法，通过实测，以确定合理的通风方式，竖井采用分半进风和抽风的设计是不好的，隔板受力复杂，适用寿命不易保证，大型风机耗电严重，都需认真研究，一般6km长的隧道，目前装机容量达到5000kw左右，其运营经济风险是较大的。74四、公路隧道运营的风险3、建立简易的报警、救灾、监视措施。手机报警、报警电话应优先考虑，往往比火灾传感器报警要快，要省费用，要准确，应坚持可靠、适用而不要追求先进。在谈到风险安全时，设计投入的仪器设备很多，在今后的运营中多被闲置、放坏，应求真务实的调查研究。75总之，随着公路隧道的大量出现，尤其超过3km以上的中长隧道的出现，修得起、用不起的呼声越来越大，从减少运营灾害出发，又要装许多寿命不长的各种设备和仪器，又要耗不少电能，这种运行模式对我国贫困地区更形成反差，这是阻碍各等级公路隧道大量发展，而耗大量土地用路堑取代隧道并用展线降低线路运营条件。因此，开展无动力照明、通风、设置流动救灾设备是今后研究的重点。76谢谢！