重载铁路黄土隧道施工阶段风险管理探讨

第39卷第10期2013年4月

SHANXI

山西

ARCHITECTURE

建筑

Vol．39No．10Apr．2013

文章编号：1009-6825（2013）10-0188-03

重载铁路黄土隧道施工阶段风险管理探讨

孙晋锋

（中铁十七局集团第四工程有限公司，重庆400000）

要：结合工程实例，针对隧道工程管理的目标、特点、流程进行了分析，根据地质、水文状况，介绍了该工程主要面临的安全质

量风险，阐明了隧道开工前与施工中重大风险源识别的方法，以确保隧道施工安全。摘

关键词：隧道，风险源，管理，流程中图分类号：TU712．1

文献标识码：A

0引言

1．3隧道施工风险管理基本流程

对整条隧道应根据施工部位、施工环境条件等划分评价单

山西中南部铁路通道设计速度120km/h，设计轴重30t，为

路内首条按重载标准建设的重载铁路运煤通道。标段内隧道共18座，共25．2km，其中石楼隧道全长12807m，为单洞双线隧道，线间距4．0m，为高风险隧道，全线控制工程之一。通过石楼隧道施工阶段的风险管理，对浅埋、偏压、湿陷性、膨胀性、土石分界、地下水发育等不良地质段施工进行了分析和预控，确保了施工安全，可对今后类似工程施工提供参考。

元，对每一单元中的风险源应根据施工进度情况进行动态的风险

每个风险源应形成一个可以进行循环作业的封闭管理系管理，统，见图1。

制定风险管理计划，确定隧道风险管理的目标和准则识别所有潜在的可能风险因素概率估计损失或不利后果分析风险等级风险计划风险分析1．1隧道工程风险管理目标

物料、环境组成一个生产系统，而施工阶段最主要的控制械设备、

目标就是顺利施工和保证安全质量，因此风险管理的重点应放在安全质量上，安全质量风险也是管理目标全面实现的基础和关键，应进行全面、系统的风险管理。

1．2隧道工程风险管理的主要特点

风险处理措施否判断风险是否在可接受范围内是结束风险监测隧道工程施工风险管理主要有以下特点：

1）施工环境差；2）工程地质条件差；3）环境风险大；4）不确定因素多。

运作，使这一工程成为成都地铁在建项目中风险较大的项目。该

砂卵石地层或砂层等复杂地质条件工程重点解决在高地下水位、

和环境条件下的大断面浅埋施工，本工程的成功建设是成都地铁

区间大跨浅埋隧道采用矿山法施工的一次成功的尝试，为地铁工程提供了十分宝贵的经验。参考文献：［1］孙

．北京:科学出版钧，侯学渊．地下结构(上，下册)［M］

1991．社，

2003．

图1隧道动态风险管理基本流程櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅［3］李志业，M］．成都:西南曾艳华．地下结构设计原理与方法［

2003．交通大学出版社，［4］徐干成，M］．北京:白洪才，郑颖人，等．地下工程支护结构［

2002．中国水利水电出版社，［5］施钟衡．地下铁道设计与施工［M］．西安:陕西科学技术出

1997．版社，

［6］潘昌实．隧道力学数值方法［M］．北京:中国铁道出版社，

［2］关宝树．隧道工程施工要点集［M］．北京:人民交通出版社，1995．

ChengdumetroCRDmethodoflarge-spanshallowtunnelconstructiontechnology

XINGHui-xian

（ChinaRailwayEngineeringDesignConsultingGroupCo．，Ltd，Beijing100055，China）

Abstract：ConstructionbasedonphaseoneprojectofChengdumetrolineNo．2Tonghuimenstoplineintervaltunnelasanexample，introducesconstructiontechnologywithCRDmethod，andtheconstructionenvironment，theconstructionmethodoftunnel，themainsupportmeasures，engineeringmeasuresandconstructionmonitoringweredescribedandanalyzed，providereferencefordesignandconstructionofsimilarengi-neering．

Keywords：metro，shallowexcavation，smallpipe，CRDconstructionmethod

28收稿日期：2013-01-作者简介：孙晋锋（1979-），男，工程师

风险控制风险监测和检查风险管理隧道施工阶段风险管理目标包括安全风险、质量风险、环境风险、工期风险、成本风险及第三方风险等。施工过程中，人、机

风险估计风险评价风险接受准则风险风险接受风险减轻风险转移风险规避处理风险评估1隧道工程风险管理概述

风险识别第39卷第10期2013年4月

孙晋锋：重载铁路黄土隧道施工阶段风险管理探讨

大大节约了施工时间和成本。施工，

支撑工字钢1∶0.5·1·

22．1

工程概况工程地质

石楼隧道地处山西省吕梁地区石楼县，为黄土峁梁地带，冲沟发育，隧道最大埋深252m，最小埋深1．5m；Ⅳ，Ⅴ级围岩占73．5%。洞身通过的地层有黄土、第三系粉质膨胀性粘土、水平泥岩。隧道洞身范围内的不良地质主要有土石分层的泥质砂岩、界、膨胀性饱和粉质粘土、浅埋、偏压、水平层等特殊地质地段，且软硬不均，易产生围岩变形失稳，工程地质条件差，施工难含水、度大，工期风险突出。

临时边坡临时边坡中台阶拱脚.51∶0左线中线隧道中线右线中线内轨顶面内模中台阶拱脚2．2水文地质

夯填土石.51∶0DK222+125～DK222+170段洞顶有淤地坝补给区，雨季时，全隧地下水量较大。

临时边坡1∶0.5隧道洞身地下水赋存在粘土段以第三系孔隙水为主，在水平层砂泥岩段为基岩裂隙水为主，水量较大，特别是在浅埋段

粘土隔水层厚50cm夯填土石临时边坡2．3主要面临的安全质量风险

在复杂环境条件和复杂地质条件下修建重载铁路特长隧道，技术难度和安全风险大，在施工期间，主要面临的安全质量风险如下：

1）大断面隧道工程施工过程中自身的结构安全风险。由于

工法转换多、地层条件、开挖方式及结构受力转隧道跨度断面大、

换多样化，而且在特长重载隧道施工经验不足，在某些地段特别

围岩稳定性极差，由于超前支护、初期支是膨胀性粉质粘土地段，

护不当等原因极易造成坍塌、大变形，甚至诱发山体滑坡等安全

事故，从而引发安全风险事故。不良地质段和隧道洞口段是安全事故多发地段，应引起高度重视。

2）石楼隧道是山西中南部铁路通道的控制工程，采用无砟轨道，技术标准高，施工期间对仰拱及填充的施工质量要求较高，施工环境所处吕梁地区属于黄河中下游水土流失敏感区，环保要求施工中存在质量、环保等方面的风险。高，

左线中线隧道中线右线中线内轨顶面图2中台阶拱架施工示意图4）DK232+990～DK232+920段位于一个沟谷内，沟谷内常年流水，形成较厚淤积层，洞身土体含水均处于饱和状态，线路左侧约150m处是杜家塔1号淤地坝，存在塌方变形等风险，风险等级为高度。

为确保施工安全，采取如下措施降低风险：1）地表水预处理，通过在河谷上游修筑拦水坝集中抽水；2）在地表洞身两侧9m施作高压水泥旋喷桩，设计桩径60cm，咬合20cm；3）在洞内中线设置降水井，集中抽排地下水；4）结合设计采用Ⅴ级加强A型，初期支护采用HW175型钢钢架，间距0．5m/榀做好初期支护；5）加强

当位移—时间曲线出现反弯该段的围岩和地表的监控量测工作，

点时，表明此时的围岩和支护已处于不稳定状态，必须停止开挖，

对危险地段加强支护，密切监视围岩动态，确保已开挖段的安全（见图3）。

33．1

石楼隧道重大风险源识别隧道开工前风险识别情况

1）隧道开工前，根据设计图纸和地质勘查报告，沿隧道洞轴

偏压段、陷穴、地下水补给区、滑坡线进行地表踏勘核查浅埋段、

等不良地质体，同时确定具体里程。具体情况为DK221+408～

DK232+990～DK232+920，DK222+050～DK222+DK221+470，

DK232+830～DK233+060，DK234+130～DK234+215等段170，

落存在陷穴和浅埋，对陷穴采取回填粘土反压夯实等措施进行处理；对浅埋、偏压段结合设计情况专门制定施工方案并组织专家经过论证后进行施工；对有影响隧道施工的地下水补给区设置拦水坝，同时尽可能在枯水期进行施工。

2）全隧设计开挖方式为水平层、一般段开挖方式台阶法，浅偏压段为双侧壁导坑开挖法，并增设临时仰拱，尽可能早封闭埋、成环，确保开挖时安全，同时拆除临时仰拱给后续施工造成了新“三台阶七步开挖法”的风险压力。风险应对措施为全隧采用施

尽量少扰动围岩，同时加强工序衔接，高度重视初喷工序和质工，

量，尽早封闭围岩，确保了全隧顺利贯通（见图2）。

3）DK222+050～DK222+170段位于一冲沟浅埋段，为淤积土和新黄土地层中，最小埋深约2m，围岩级别为黄土Ⅴ级，偏压，存在地表塌陷，风险等级为高度。针对本段特点，为确保施工安全，结合地形狭小、施工便道不

“扣拱”畅等原因，基于明挖法施工理论，考虑采用施工工艺，结合“扣拱”采用施工工艺，保证了该段安全顺利黄土Ⅴ级加强施工，

3．2隧道施工过程中的风险识别

隧道施工过程中，上述风险仍然存在。鉴于隧道工程的复杂

性和目前勘查技术的局限性，在施工过程中采取了如下措施加强风险的再识别：

1）超前地质预报与施工现场相结合。

在施工中根据黄土隧道的特点，采用TRT6000超前地质预报技术和掌子面地质素描相结合的方法，在探明地质情况的基础上进行识别（见图4）。

在石楼隧道2号斜井大里程水平层Ⅲ围岩施工中，根据超前地质预报结果，结合掌子面围岩情况，发现在距掌子面50m位置存在裂隙密集带和裂隙水发育区，探明此处存在左边墙滑塌、拱部坍塌风险。在之后施工中掌子面揭示情况与预报基本一样，采取严格控制进尺，加强超前支护、系统锚杆、锁脚锚管的施工质量，安全顺利通过了该区。

2）现场调查与专家相结合。

根据施工阶段揭示的地质情况和实际条件，采取加强监控量测并且及时反馈施工，改进施工工艺，调整支护参数和预留变形晋豫鲁铁路通道公司先后多次量。在需要重大变更设计的时候，组织专家到现场考察，通过专家调查，根据石楼隧道实施的基本

·190·

第39卷第10期2013年4月

山西建筑

条件和现场预测和判断可能存在的风险因素，对隧道风险识别至关重要。

4035302520■1510■50■■■水平收敛量/mm■■■■■■■■■■■■图4TRT6000层析扫描成像图（立体图）■■■5301015时间/d■■20■2530在隧道出口段，因饱和粉质粘土开挖后卸荷，裂隙水很快流失，造成围岩自稳能力急剧降低，及时根据设计施作初期支护也提出了变更钢架的型号和连接筋型号及设置，增加有较大变形，降水井，解决了初期支护变形问题。

3）工程经验类比法。

结合同类隧道工程经验，石楼隧道还存在环境影响风险，如

水污染、固体废弃物污染、噪声污染、职业健康、爆炸、空气污染、

■■■水平收敛量/mm252015105■■■■■■■■■■■■■0■■■■■■■510累计水平收敛量■■■■■■■15202530时间/d当日水平收敛量■■■火灾、高空坠落、施工用电事故等。

4

a）水平收敛量随时间变化曲线水平收敛速率/mm·d-1实施效果

石楼隧道开工伊始即按照铁道部风险管理的要求及时进行了施工阶段的风险管理评估，在后续的施工过程中，根据评估结果实施动态管理，严格按照设计和变更设计施工，严格执行铁道《关于铁路高风险隧道安全管理工作的实施意见》（工管质部

■■■■■■■■■■■［2011］36号）中的安全施工条件，取得了预期的效果。

30■0水平收敛速率/mm·d-15■■■■1015时间/d2025■■5结语

■■1）石楼隧道在施工前编制了安全施工条件评估实施细则，包

主要管理和专业技术人员、安全生产包保制度、括项目管理机构、

干部跟班作业制度、安全隐患治理挂牌督办制度、风险控制关键

过程日志或影响记录制度、安全培训与考核、专业的作业班组、风

■■■■■■■■■■■■■■■05101520时间/d■25■■30安全施工专项技术方案和作业指导书、作业卡险管理实施细则、

片、施工技术和安全作业交底、专职安全员、超前地质预报、监控量测等风险监测、安全预警设施和现场安全警示标识等。开工前对以上施工条件进行评估，评估通过后才能进行施工。2）石楼隧道在施工过程中实行动态风险管理，在充分了解了黄土、膨胀性粘土、水平层砂泥岩的工程地质特性后，及时调整隧道的开挖方法、超前支护参数、初期支护参数，降低或规避隧道的施工风险。

■■当日水平收敛速率平均水平收敛速率■■■■45下沉值/mmb）水平收敛速率随时间变化曲线■■3525155040■■■■■■■■■■■■5■10■■15时间T■■20■■■■25■■303）在今后的重载铁路黄土（粉质粘土）隧道施工中，要高度重

及时封闭，特别是仰拱开挖后要及时封闭，视开挖后初喷的作用，

尽量避免围岩因应力重新分布造成工程特性极度降低，确保隧道

施工和运营安全质量。

下沉值/mm0■10■■■■20■■■■■■■■■■30■5Z1■1015时间T■20Z22530参考文献：［1］工管质［2011］36号，关于铁路高风险隧道安全管理工作的

S］．实施意见［［2］吴

．北京:中波．隧道施工安全风险管理研究与实务［M］

2010．国铁道出版社，

c）数据回归分析图图3DK232+990～DK232+920段两个断面的水平收敛Inquiryonriskmanagementatconstructionphaseofloesstunnelofheavyhaulrailway

SUNJin-feng

（ChinaRailway17thBureauGroup4thEngineeringCo．，Ltd，Chongqing400000，China）

Abstract：Combiningwithengineeringexample，thepaperanalyzestunnelengineeringmanagementtargets，characteristicsandprocedures，in-troducesitsmajorengineeringsecurityqualityrisksaccordingtothegeologicalandhydrologicalconditions，anddescribesmajorrisksourceidenti-fyingmethodsofthetunnelbeforeandduringconstruction，soastoensuretunnelconstructionsafety．Keywords：tunnel，risksource，management，procedure