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中图分类号:TU74 文献标识码:A 文章编号:
瓦斯是从煤(岩)层内逸出的各种有害气体的总称,其主要成分为甲烷(CH4)。瓦斯工区是地层含有瓦斯的隧道施工区段。当瓦斯与空气混合达到一定浓度时,遇到高温火源就能燃烧或发生爆炸,一旦形成灾害事故,就会造成大量作业人员的伤亡,严重影响隧道的安全生产,瓦斯爆炸事故是瓦斯隧道事故中最严重的事故。瓦斯爆炸的主要危害是产生高温焰面,冲击波和有害气体。本文以兰渝铁路图山寺隧道为例,对长大高瓦斯风险隧道的瓦斯提前排放、通风、监控、机械配置等综合施工技术进行了讨论和分析。
1 工程概述
图山寺高瓦斯隧道全长3216m,起讫里程:IDK785+710~IDK788+926,为单线隧道,最大埋深约192m,是兰渝铁路三大高风险隧道之一,更是重点控制性工程。隧道位于丘陵区,穿越近东西向展布的脊状山梁,地面高程320~540m,相对高差约220m。丘坡陡峭,局部为平台,坡面植被较发育,斜坡下为沟谷平坝。
隧道位于川中产油产气地层,一般埋深2000~2800m。天然气等有害气体可能顺着岩层构造裂隙上逸,并在隧道洞身范围基岩裂隙或缝隙中局部游散富集,集成气囊,并具有随机性和不均匀性,危及隧道施工。根据西南石油大学提供的《浅层天然气分布特征咨询研究》,对隧道深孔天然气测试结果,单孔天然气最高浓度9500ppm,计算隧道天然气含量6087m3;参照达成线既有炮台山隧道出口平导,瓦斯压力0.2KPa,天然气绝对涌出量3.03m3/min。确定该隧道为高瓦斯隧道,其中IDK785+790~IDK788+830为高瓦斯工区。隧道施工时采用钻孔超前预报及检测,加强通风和防爆、防燃措施,确保施工安全。
2 主要施工技术
隧道通风采用压入式和巷道式相结合的通风方式;瓦斯检测采用钻孔超前预报检测,人工检测和自动检测相结合;隧道施工采用新奥法施工,人工风钻打眼,矿用炸药、煤矿许用电雷管起爆,光面爆破,超前小导管和喷射砼支护,台阶法开挖,防爆挖掘机辅助防爆装载机挖、装,防爆自卸汽车运输,二次衬砌采用防爆模板台车衬砌,砼在洞外集中拌和,防爆砼运输车运输,泵送入模。
2.1 瓦斯提前排放
隧道正洞均采用3个89超前水平钻孔进行全断面超前地质探测,超前钻孔孔径一般为89mm,单孔长度为30m,搭接长度不小于5m,超前地质钻孔按下图布置,并在超前地质钻孔处设置检测点,以检测是否有有害气体涌出。
超前地质钻孔每25m一环。
若探测到有害气体,要根据记录确定有害气体的涌出位置,当超前探物及验证孔确认富含瓦斯时,增加不少于3个φ89超前钻孔(4~6号孔),进一步确认瓦斯、天然气浓度、岩体破碎程度。
正洞超前探孔布置示意图
下部台阶瓦斯排放应采取下列措施:可在上部台阶底部打俯角孔排放;孔距与排距宜为1.0m。
排放孔施工前加强排放工作面及已开挖段的支护,防止坍塌造成突出。
排放孔施工必须严格按设计施钻,钻孔过程排专人检查其角度和长度。
排放孔施工过程中注意观察各种异常情况及动力现象,当某孔施工中动力现象严重,可暂停该孔施工,待其他孔施工完后再补贴该孔。
每钻完一个孔后检测该孔瓦斯浓度,以后每天进行两次,掌握排放效果和修正排放时间。
在超前卸压孔施工过程中,加强掌子面瓦斯浓度和孔内瓦斯浓度监测,通过对浓度变化的分析,研究下一步通风方案和开挖施工措施,确保掌子面瓦斯浓度达到0.5%以下。
2.1.1水气分离设施
本隧道地下水需要经过水气分离装置分离掉天然气后才允许排入隧道侧沟。
地下水排放路径:纵向盲沟水气分离装置洞内侧沟。
瓦斯等有害气体的排放路径:纵向盲沟水气分离装置纵向盲沟瓦斯排放管排入大气。
隧道纵向盲沟采用φ100波纹管,水气分离装置采用φ100PVC管。
隧道竣工后对泄水孔进行瓦斯等有害气体检测,若有有害气体逸出,应及时报告相关单位,以便处理。
2.2通风方案
2.2.1方案概述
⑴采用射流风机诱导正洞为进风巷,平导为回风巷,靠近掌子面的横通道为风流通道,其余横通道用风门封闭,风门采用钢架结构外贴土工布密封,避免漏风和循环风出现。
⑵每个洞口安装2台SDF(C)No12.5型轴流风机通过φ1.5m双抗风管(阻燃、抗静电)将新鲜空气送至掌子面。通风机设在洞外距洞口30m处。风管最前端距掌子面5m,并且前55m采用可折叠风管,以便放炮时将此55m迅速缩至炮烟抛掷区以外。
⑶射流风机采SDS-Ⅱ-No10.0型风机,风机布设在隧道拱顶或距边墙2m处。
⑷掌子面至模板台车地段设置移动式局扇(将轴流风机安装在平板车上)配合软风管供风,以增加瓦斯易聚集地段的风速,防止瓦斯聚集。
⑸在掌子面至模板台车地段的死角、塌腔等部位用高压风将瓦斯引出。具体方案为根据瓦斯检测结果对其吹入高压风,将其聚集的瓦斯吹出,使之与回风混合后排出。
⑹在每个隧道的避车洞处设置5.5KW局扇一台,以吹散该处聚集的瓦斯。
2.2.2通风要求
2.2.2.1风速
根据以往瓦斯隧道施工案例,如:家竹箐瓦斯隧道回风风速0.5m/s、华蓥山瓦斯隧道回风风速0.5m/s,朱嘎瓦斯隧道回风风速0.5m/s,综合考虑本隧道的实际情况,本通风方案回风风速按0.5m/s设计,为防止瓦斯积聚,对如塌腔、模板台车、避车洞、通道等处增加局扇或高压风进行解决,对于一般段落采用射流风机卷吸升压以提高风速,从而解决回风流瓦斯的层流问题。
2.2.2.2瓦斯含量
根据《铁路瓦斯隧道技术规范》,对隧道内不同地段的瓦斯浓度有不同的要求,具体内容见下表。为确保施工安全,本隧通风瓦斯浓度按0.5%考虑。
隧道内瓦斯浓度限值及超限处理措施表
2.2.2.3通风的连续性
根据《铁路瓦斯隧道技术规范》,瓦斯隧道施工期间,应实施连续通风。因检修、停电等原因停风时,必须撤出人员,切断电源。
2.3加强通风管理,制定瓦斯监控方案
成立专人的通风安装、使用、维修、维护的通风班组,每天进行巡检。保证管路顺直,无死弯、漏洞,其开机人员每天按班组对风机运行进行记录登记,并制定瓦斯监控方案
2.3.1瓦斯监控要求
《铁路瓦斯隧道技术规范》要求:瓦斯隧道施工期间,应建立瓦斯通风监控、检测的组织系统,加强施工过程中测定气象参数、瓦斯浓度、瓦斯涌出量、风速、风量等参数。低瓦斯工区可用便携式瓦检仪,高瓦斯工区和瓦斯突出工区除便携式瓦检仪外,尚应配置高浓度瓦检仪和瓦斯自动检测报警断电装置并配备救护队。
2.3.2监控方案总述
根据上述要求,结合本隧道特点,采用人工监控和自动监控系统组成监控体系。自动监控系统经比选论证,选用重庆煤科院生产的KJ90安全监控系统做为主安全监控系统。内燃驱动的配备便携式甲烷检测报警仪,在工作面的上隅角设置便携式甲烷检测报警仪,对需人工检测的部位,保证每15分钟检测一次,在瓦斯浓度>1.5%时,保证每5分钟检测一次。在洞口测风站配备手动式测风仪,定期测定回风巷的风流速度。当风流速度变化时,及时找出原因,采取措施。
隧道自动断电报警系统为声、光连动形式,同时左、右隧道连动,任何一个隧道遇到紧急情况,两个隧道同时报警。
仪器设备的检验按照《铁路瓦斯隧道技术规范》附录C瓦斯测定仪检测质量的控制及厂家的使用说明书进行定期检定,编制相应的管理制度。
2.3.2.1瓦斯监控管理
⑴成立专人的瓦斯监控系统安装、使用、维修、维护的班组。
⑵监控系统安装后,首先,由经理部组织相关人员、系统安装单位及集团公司有关专家对监控设施进行验收,合格后,邀请有关权威机构验收,确认监控效果是否与设计相符。其次,经理部组织对瓦斯监控系统的运行管理人员进行必要的培训,并每月对监控系统进行定期检查。
⑶采用人工与自动监控相互结合的方式进行瓦斯监控管理,人工检测的部位、要如实详尽记录、签认。
2.3.2.2建立健全监控组织机构,明确管理责任
针对本隧道围岩中赋存瓦斯的特点,在隧道施工管理的基础上,成立了相应的瓦斯安全管理机构,在施工作业队成立通风防爆班组,组织瓦斯检测和结果分析工作,各工作面配备瓦检员,实行日夜现场检测、收集数据。聘请有经验的地质专家和煤矿安全顾问,在此基础上组建成立以经理为组长、生产、安全副经理和总工为副组长,各部门参加组织实施的防爆领导小组,明确管理责任和岗位安全职责,建立健全各种规章制度。
2.4机械设备
2.4.1设备配套原则
隧道内非瓦斯工区和低瓦斯工区的电气设备与作业机械可使用非防爆型,其行走机械严禁驶入高瓦斯工区和瓦斯突出工区。隧道内高瓦斯工区和瓦斯突出工区的电气设备与作业机械必须使用防爆型。
2.4.2机械的性能
⑴防爆柴油机的技术要求:
排气温度不超过70℃;
水箱水位下降设定值;
机体表面温度不超过150℃;
电器系统采用防爆装置;
启动系统采用防爆装置;
以上各项设定值是光指标、声报警,延时60s自动停车;
防爆柴油机采用低水位报警和温度过高报警。
⑵排气系统中一氧化碳、氮气化物含量不超过国家设定排放标准。
改装柴油机防爆系列按照国家柴油机的技术规范和要求标准。
1.1人为方面
首先是违章指挥,其次是违章作业,最后是违法劳动纪律。
1.2自然环境方面
首先,在进行开凿孔桩、开挖隧道、装潢房屋等工程项目时,使得管道排气筒或其他地下通风换气设备堵塞,从而导致施工人员因呼吸不畅而发生意外;其次,在进行修建地铁、开凿大型管沟、开挖深基坑和隧道以及竖井的工程项目时,使得支护设施倒塌,从而导致施工人员被埋地底;最后,在进行海面上的工程项目时,受到台风等极端天气的危害,从而导致施工人员发生生命危险。
2重大危险源监控中存在的主要问题
2.1没有抓住监控重点
监控作为确定重大危险源特性的关键环节,对建筑工程现场的安全管理工作具有重要意义。在一般情况下,施工现场安全事故的发生由两种类型的危险源共同导致的结果。两者之间互相影响,共同促成了施工现场的重大危险源。鉴于安全事故的能量载体是产生第二种类型危险源的前提,因此,对第一种类型危险源的监控是施工现场安全管理工作的重点内容。
2.2没有及时更新危险源数据库
建筑工程的施工周期一般都持续时间较长,其中重大危险源的数量和种类也会随着工期的延长而变得繁多复杂,但大多数工程项目却没有及时跟踪施工进度,导致了危险源数据库也得不到实时更新,从而无法确保能控制好在施工后期阶段遇到的新的危险源。例如,某个工程项目在本月份已经竣工,但在下个月还会出现新的危险源,若没有将下个月可能出现的危险源及时补充到危险源数据库中去,那么该工程项目在下个月开工时则很有可能受到不可预见性风险的威胁。同时,随着施工工序的调整和施工工期的增加,工程项目施工的对象不同,那么监控对象也会随之发生变化。然而危险源却没有根据施工现场的实地环境和工作状况进行监控更新。
2.3没有配备完善的危险源监控技术
一方面,施工单位忽略了对优秀监控人员的吸收与引进,导致施工现场监控人才匮乏;另一方面,施工单位忽略了对已有监控员工定期展开专业技能培训,导致员工的监控专业素养跟不上施工要求的提高与发展。施工单位缺乏监控专业素养过硬的人才,就等同于缺乏先进的危险源监控技术,从而增大了施工现场发生安全事故的风险。
2.4没有拓展多样化的危险源监控方法
现如今,绝大部分工程项目的危险源监控都是在同种类型工程项目危险源数据库提供信息的前提下,通过传统的监控经验进行局部调整来确定监控方案的。这种确定监控方案的传统做法缺乏相应的科学原理,忽略了施工项目的多样性。
3重大危险源的防范对策
3.1制定严格的施工安全管理制度
对于施工现场每一项不同的重大危险源,都相应地制定出不同的防范对策,对症下药。先从整体出发,制定出一个大概的施工安全管理网络;再着眼于局部,做到具体问题具体分析,将施工安全管理制度细节化。
3.2确立重大危险源控制的主体目标
针对建筑施工现场的重大危险源,施工单位应从整体出发,先将重大危险源的控制目标确立下来,再根据施工实际情况,对安全管理方案进行实时调整,最终形成一个全面的施工安全管理网络。
3.3将各项工作落到实处
要切实保证每一项整治重大危险源的相应措施都能按照标准规定去执行,将根据施工现场实际情况制定出来的重大危险源防范对策都落到实处,以规避施工现场各项危险事故的发生。对于布置下来的工作务必要认真执行,严禁纸上谈兵。
3.4落实好施工现场的监督工作
首先,要从根本上保证施工现场获取重大危险源的数量及具体分布状况的精准度,并定期对其相关数据信息进行公示,使得现场工作人员能够及时了解重大危险源的实时发展动态及其整改结果,从而有利于对重大危险源进行跟踪监督与控制。其次,要强化施工现场安全监督管理部门的专项职能,要使该部门明确自身的职责所在,从思想和技术两个层面上都要严格要求施工单位树立正确的安全施工观念,提高施工安全水平。最后,针对那些违反施工现场安全管理条例的施工单位或个人要给予严肃处理,彻底杜绝在施工过程中的危险作业,以确保施工现场的安全与稳定。
3.5及时更新施工安全管理技术
定期审查建筑工程现场所应用的安全管理器材及技术,将那些跟不上时代进步的、不符合工程发展的机械设备和管理手段都予以淘汰,并主动借鉴先进的施工安全管理经验,引进高水平的施工安全管理器材及技术。在软件设施方面大大降低施工现场的风险系数。
3.6形成施工安全长效机制
建筑工程现场都会配有大型、重量级的机械设备,这些施工工具的安装与操作程序都需要严格按照标准规定来进行。同时,还要定期对机械设备进行仔细检测,发现问题时要及时给予处理,做好后期的维修与保养工作。
3.7加大安全教育力度
进一步深化安全施工体制改革,推行覆盖全体施工人员的施工安全教育培训活动,定期为施工人员安排专项安全知识辅导,从基础上解决重大危险源带来的风险问题,做好对突发事故的预防工作。3.8制订事故应急救援预案事故应急救援预案的制定是落实好重大危险源控制工作的关键环节。施工单位必须做到一切从实际出发,根据各项重大危险源的具体情况,科学安排好相应的施工现场应急救援预案,将各项应急救援措施落到实处。另一方面,还要对施工现场的事故应急救援预案的执行状况及效果水平,通过安排突发事故演练的方式,进行考核和评估;发现应急救援预案有漏洞时,要及时给予修复。
4结语
关键词:岩溶;软弱围岩;施工工艺
Abstract: the design and construction of tunnel geological conditions are closely linked, because of the influence of tunnel construction by the geological conditions is bigger, construction technology in different hydrogeological conditions will also have a larger difference, according to different geological conditions must have the corresponding construction method suitable to, otherwise easily lead to various geological problems, threatening the safety of construction personnel, also is a great waste of national resources. According to the experience of many years of tunnel construction in Karst and soft surrounding rock of the two common special hydrogeological conditions of the tunnel construction method introduces.
Keywords: karst; soft rock; construction technology
中图分类号: U45 文献标识码:A文章编号:2095-2104(2013)
1岩溶地区
1.1岩溶
岩溶是施工过程中很常见的一种地质环境,岩溶主要发育在一些酸性地下水含量丰富且以可溶性岩石为主的地区,目前我们已经对岩溶有了一种比较科学的定义:岩溶作用是指地表水和地下水对地表以及地下可溶性岩石所进行的以化学溶解作用为主,机械侵蚀作用为辅的溶蚀作用、侵蚀--溶蚀作用以及与之相伴生的堆积作用的总称。岩溶亦名喀斯特(Karst)。
1.2岩溶地区的施工难点
由于地下岩溶水的活动,在岩溶地区修建隧道,一旦穿透高压岩溶管道水,或者遭遇漏斗、落水洞等岩溶形式,就容易造成大量突水,有时会携带泥沙喷射,严重影响了施工质量和施工进度,有时还有淹没坑道,威胁着施工人员的人社安全。另外,在施工中遇到大溶洞时,在洞中高填方或桥跨施工困难,造价远高于常规施工,有时为了避免这些问题的出现还要另辟新道,严重影响工期的同时还会造成不可估计的经济损失。
1.3岩溶隧道施工关键技术探讨
1.3.1岩溶隧道超前地质预报技术
岩溶隧道与常规隧道的差异主要有以下几个:(1)岩溶地质条件不同于一般地质,存在很大的不确定性与复杂性(2)地质勘察目前的勘测水平以及从业人员的科学素养未达到对岩溶地质条件的全面认识;(3)岩溶隧道地质灾害危害性特大,容易导致特大安全事故。正是由于岩溶隧道如上的特点,我们在隧道施工时,要对岩溶的发育规律、形态等多方面的影响因素有一个宏观全面的了解,为了搞清这些影响因素,目前的解决办法一般是通过超前地质预报的手段。
岩溶隧道综合集成预报方法组成如下:1)长距离预报:用TSP203地震波法进行长距离预报(一般是100m至200米),每隔50或100米进行超前地质探测,前后两次超前地质探测的重叠范围要达到一定的标准,提高所的成果的准确性。2)中距离预报:距开挖面前方30m~100ITI,用HY-303防爆红外探测仪进行进一步探测分析,其目的是探测前方围岩的含水构造情况。3)短距离预报:距开挖面前方30m内,在长、中距离预报的基础上,结合前期的成果,采用掌子面编录法进行更准确地预报。利用地质雷达进行超前预报时,在前方岩石完整的情况下,可以预报30m的距离,在前方围岩不完整或存在构造的情况下,预报距离小于10m。4)超前地质钻孔:超前地质钻孔主要是对TSP203法、红外探测进行验证。
1.3.2 岩溶及岩溶水处理
岩溶隧道施工时,根据设计方案的有关资料和现场超前地质预报成果,应尽量查明岩溶类型、发育程度、分布情况、岩层的稳定性和地下水的流向情况,然后可按照岩溶对隧道的影响程度和现有的施工条件,提出切实可行的治理意见并进行实施。处理岩溶水的时候,我们要坚持“宜疏不宜堵”的原则。“疏”就是要保证在施工过程中要尽量维护岩溶水的径流和渗流路径,保持地下水的原始循环和储存状态。岩溶的处理方法并不固定,应根据岩溶洞穴大小及溶洞与隧道的地理位置关系选择不同的处理方式。通常可采用的方法是跨越和堵填等措施。
1.3.3 岩溶隧道的监控量测及反馈施工技术
岩溶隧道监控量测有两个特点:1)支护段的安全监控。除了按现有规范规定进行安全监控外,对有溶洞或有暗河影响的位置做特殊监控方案,加强安全监测。2)为未施工段的施工提供信息化监控数据,反馈指导施工。反馈施工的步骤如下:1)地质力学模型建立。2)通过对没有岩溶影响的断面量测数据反分析围岩的岩体力学参数。3)通过超前预报手段理清溶洞的几何参数与力学参数。4)根据反分析得到的围岩的岩体力学参数、溶洞的几何参数与力学参数,运用数值分析的手段确定未施工段的加固方案。
2 软弱围岩地区
2.1软弱围岩
软弱围岩通常指的是承载能力低、岩质软弱、节理裂隙发育并且结构呈破碎状的围岩。软岩主要是第四系的全新、更新及中更新的破残积土,其范围有江河湖岸及池塘冲积和淤积层,还有水田、新老黄土、溶洞充填物及风积砂等。
2.2软弱围岩隧道工程的特性
当隧道变形明显和数据比较大时,它的位置和开挖掌子面相距20—30m,而且在4—7天内连续发生变形速度较快及剧烈的现象;当进行初期的开挖时,掌子面的水量很小或
者没有水,当开挖到后期时,雨后及雨天的支护表面出现了比较严重的渗漏水现象,这时支护也就出现了收敛及沉降;其变形段是先沉降增大,随后出现了收敛增大的现象;通常在拱顶及拱腰处会出现纵向开裂的现象,每当围岩出现变化的地段就会环向开裂,收敛处会发生钢架扭曲,混凝土开裂脱落,并且支护鼓包现象;变形的周期一般比较长,在衬砌前,都没有达到稳定的状态。
2.3关于软弱围岩隧道的施工方法
2.3.1软弱围岩隧道施工的原理及方针
软弱围岩隧道施工基本原理为新奥法原理,它所指的是新奥地利的隧道施工方法,也能够叫做锚喷构筑法,它主要包括锚喷支护、光面爆破及围岩量测三大要素;软弱围岩隧道施工的方针为管超前、短进尺、严注浆、紧封闭、强支护及勤测量;根据不同级别的软岩,制定相应的开发方法,从而保证初期的支护及时落底并封闭成环,以确保初期的支护具有承载能力。
2.3.2超前地质预报
在隧道开挖之前,应该对隧道地质进行超前预报,对掌子面前方围岩及地层情况所作出地超前预报,软弱围岩隧道的施工经常会遇到设计的地质与实际地质条件不相符的情况,对隧道施工前方地质条件进行准确预报是隧道建设中所迫切需要的,也是确定隧道工程施工方案及对策的关键,更是隧道工程施工的安全前提,关于超前地质的预报,现在最常用的是物理勘探的方法。
2.3.3超前加固
围岩结构松软破碎的浅埋隧道洞口段,洞身两侧存在偏压,部分工点围岩地层地下水位高,围岩裂隙水压大,围岩松软和破碎段洞身开挖后的自身稳定性受地下及围岩裂隙水压的影响比较明显。在洞口段边仰坡开挖中,极易发生边仰坡滑塌,边坡推移等险情,导致无法正常进洞。经过大量的工程实践确定,通过对隧道拱部和洞身两侧围岩进行超前加固,既可保证安全进洞,也节约了土地资源,实现了环保要求,是目前常用的围岩加固方式。
3结语
隧道工程的建设与地质条件密切相关,除了必须熟知一些常规的隧道施工技术之外,为了保障工程的安全性和经济效益,我们必须对一些特殊地质条件下的隧道施工工艺有所研究,才能最大限度地实现安全与效益共赢的目标。
【参考文献】
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【2】章仁辉,王成、隧道工程[M].重庆:重庆大学出版社,2001
1 风险管理理论与方法
近年来,静态与动态相结合的风险管理方法得到促进和发展,李忠等}6]考虑多种风险分析方法,把静态风险管理和动态风险管理有效结合,提出更为全面、合理并贴近大断面城市隧道工程实际的风险界定、辨识、估计、评价和控制的静动态风险管理过程架构;周宗青等}7]针对隧道塌方风险,利用模糊层次评价方法开展基于孕险环境的静态风险评估,汲取大气降水、开挖支护措施及监控量测等施工信息,进行隧道施工过程中的动态风险评估,基于动态评估结果提出了风险动态规避方法;苏洁等针对地铁隧道穿越既有桥梁安全开展风险评估及控制研究,建立包含工前检测、工前评估、工中动态控制、工后评估及恢复等四个方面的既有桥梁安全风险评估及控制体系,即识别可能存在的风险,提出地铁施工过程中既有桥梁施工中的控制指标及控制标准,利用信息化手段实现既有桥梁在全过程中的安全性几通过对施工结束后施工数据的分析,对既有桥梁结构进行必要性评估及恢复。上述文献通过动态更新地质、环境等评价指标、增加施工监控量测等施工信息实现动态风险管理,但是对于施工行为的风险评价方法涉及不多,需要开展进一步的研究。
定性评估方法中主观因素影响太大,由于相关统计数据有限,定量评估方法发展基础明显不足,定性定量相结合的方法成为目前采用的主要风险评估方法。杜修力等将网络分析法应用到地下工程风险评估中,利用专家调查法对地下工程中出现的风险因素进行识别,运用MATLAB对各风险因素的比较判断矩阵及加权超矩阵进行分析和运算;刘保国等通过建立集德尔菲法、模糊综合评判和网络分析法于一体的模糊网络分析法,将其应用于公路山岭隧道施工风险分析,在公路山岭隧道施工全过程分析基础上,建立公路山岭隧道施工风险评价指标体系。汪涛等}川采用贝叶斯网络方法建立风险事件、风险因素之间的关系模型,结合风险贝叶斯网络评估风险事件的发生概率。
2 深长隧道施工风险分析与评估
近年大量的高风险深长隧道工程正在或即将在地形地质条件极端复杂的岩溶地区或西部山区修建,建设过程中极易遭遇突水突泥、岩爆等重大灾害,针对隧道突水、岩爆、大变形等单个风险事件开展的研究日益增多。李术才、李利平等通过案例统计分析,遴选出突涌水的影响因子,分析了各影响因素与突涌水发生概率和发生次数之间的隶属函数或表征关系,建立岩溶隧道突涌水风险模糊层次评价模型。郝以庆、卢浩等利用概率理论对突水评价指标值的不确定性进行了表征,引入了属性测度扰动区间,推导了单指标属性测度的计算公式以及多指标综合属性测度矩阵的计算方法。董鑫、卢浩等提出基于嫡的风险评估和决策模型,综合考虑了危险性和不确定性因素;并针对隧道突水,基于断裂力学理论,推导出了裂隙压剪破坏与裂隙拉剪破坏的临界水压力值,分析了各影响因素对临界水压力的影响。吴世勇等通过微震实时监测和数值分析等手段,开展TBM施工速度、导洞施工等TBM开挖方案对岩爆风险的影响研究。肖亚勋,冯夏庭等在锦屏II水电站3#引水隧洞极强岩爆段实施了”先半导洞+TBM联合掘进”实验,结合微震实时监测信息对TBM半导洞掘进的岩爆风险开展了研究。温森等针对洞室变形引起的双护盾TBM施工事故开展风险分析,根据后果等级结合发生的概率提出TBM施工变形风险评价矩阵。
深长隧道中地质因素不确定性大,影响机理复杂,目前风险评估主要侧重于研究地质、施工等因素与风险事件的相关关系,建立初步的风险评价模型,对于多种因素综合影响风险的机理和综合评估模型,还需要进一步的研究。
3 城市地下空间施工风险分析与评估
随着我国地铁、城市地下空间建设蓬勃发展,围绕深基坑、盾构隧道、过江隧道、地铁穿越建筑物等工程施工开展了风险分析。张驰针对基于模糊数学理论深基坑施工对周边环境影响开展风险分析与评估,提出了风险损失评价指标、风险等级划分以及风险损失计算公式。郑刚等开展盾构机掘进参数对地表沉降影响敏感度的风险分析,分析盾构掘进参数与掘进速度的关系,分析对周围地层沉降的影响规律,以盾构掘进过程中的关键掘进参数为底事件建立风险故障树并进行定量的风险评估。吴世明对泥水盾构穿越堤防的风险源进行系统分析,阐述风险产生的原因、造成的危害及规避和处理措施,并结合杭州庆春路过江隧道泥水盾构穿越钱塘江南岸大堤的工程实例,验证所述风险控制措施的合理性及可行性。王浩开展浅埋大跨隧道下穿建筑物群的施工期安全风险管理,采用数值模拟方法,对施工开挖、支护进行精细化模拟,得出关键施工步序的变形量几结合类似工程经验和规范,制定安全监测的控制标准,以指导监测和施工。石钮锋针对超浅覆大断面暗挖隧道下穿富水河道施工开展风险分析及控制研究,在对可能采用的预加固手段及开挖方案进行初步比选后,采用三维数值模拟手段进一步量化比选。张永刚等针对渤海湾海底隧道工程开展施工风险评估与控制分析,考虑超前地质预报风险、施工工序风险、支护施工风险、防排水风险、超欠挖风险、海域段隧道施工风险、施工对环境影响、洞内环境对人员健康及施工影响8种类型。
相比深长隧道,城市地铁、地下空间地质环境信息更加完备,目前研究主要侧重于施工因素对于风险事件的影响,为施工动态风险评估和控制提供了依据。
4 盐岩地下储备库施工风险分析与评估
随着我国对能源储存库的需求增大,盐岩地下储备库风险分析也逐渐展开。井文君,杨春和}29-31 ]基于国外盐岩地下油气储备库曾发生过的重大事故的统计资料,采用风险矩阵法、故障树、专家调查法对盐岩储备库在建设和运营过程中的存在的重大风险进行了评价,并利用可靠度分析法计算各参数为正态随机分布时腔体收缩各级风险的发生概率,分析地应力与腔体内压差值与各级风险发生概率之间的变化规律。张宁建立地表沉降、盐岩片帮风险功能函数表达式,最后采用基于随机变量的蒙特卡洛方法、可靠度理论计算获得盐腔体积收缩引起的地表沉降风险、储气库片帮风险失效概率。在力学机理分析和计算的基础上建立风险功能函数,进而利用可靠度理论可实现定量风险评价,然而风险评价指标概率分布的确定比较困难,需要相关的数据统计样本的支撑。
关键词:隧道工程;风险管理;分析
1安全风险管理
隧道施工前应经过风险评估,确定风险等级。由于隧道修建为地下工程,地质条件非常复杂,因此隧道施工过程之中必须要强化地质预报工作,同时采取多种手段并行的方式进行施工,如进一步增强超前支护手段、利用超前预注灌浆模式、丰富监控测量管理方式等,共同做好隧道在防坍塌、突泥涌水等方面的施工保证措施。因此在施工前将会结合设计单位所给的各种相关资料及参考当地居民所提供的水文等其他相关信息,编制科学合理的施工安全技术方案尤为重要,并经批复后实施。
1.1安全管理体系与责任落实
(1)建立健全安全生产管理体系。应成立安全生产领导小组,由项目负责人任组长,安全总监为任副组长,各职能部门主要负责人为组员,设置安全质量监督部,负责安全生产的日常工作,并应配置专职的安全质量管理人员。(2)逐级落实安全生产责任制。在严格遵循相关法律法规的条件下,根据工程施工需求,贯彻落实逐级安全生产岗位责任制,并运用程序化管理模式,重点突出安全管理核心点,对安全管理责任区进行细化,进一步明确岗位职责,实现横向到边、纵向到底的效果,采取多元化的方式充分激发各级员工的积极性,为顺利实现安全生产的总体目标而努力。
1.2风险评估
进一步强化隧道施工中的风险防控管理工作,针对不同的风险类型,制定合理、完善的风险防范措施,并根据施工需求贯彻落实各项措施。对于一些地质较为特殊的施工地段或者不良地质,在正式开工之前必须要开展专项风险评估工作,并参照评估结论对具体实施方案进行优化、完善。同时,还必须要在施工过程之中及时调整安全风险防控措施以及各项技术要求,选取恰当、合理的施工工艺,并结合实际需求制定完善、合理的风险防范与突发事故应急预案,以便产生意外事故,对整个隧道工程的施工造成重大不良影响。隧道风险评估主要运用定性、半定量相结合的评估方式,根据目前已有统计数据以及行业要求,采取工程类比的模式进行比对。通常情况下,评估方式主要运用专家调查的模式,参照目前已经掌握的勘测技术、设计设计分析结果等对风险产生的概率进行评估,并确定后果严重程度等级,以便采取相应的处理方法。
1.3隧道风险分析
隧道工程高度风险源主要有:生产、生活区不良地质,涉爆活动、作业,当在一些不良地质段进行作业的过程之中,必须要采取相应的安全措施,并制定完善、合理的施工方案之后才可以正式开工。针对隧道施工主要风险源严格按照相关规定进行高风险隧道安全风险评估,通过分析、制订、落实科学的措施。
1.4生产、生活区不良地质处置措施
(1)临建避开滑坡体、泥石流易发生地段,修建在满足防汛地段;便道做好安全防护及警示标志,加强车辆、驾驶员管理,确保交通安全;加强生产、生活区防火管理。(2)在工点驻地靠山侧修建挡泥石流挡墙及导流墙,确保在泥石流突发时有一定的缓冲期。同时,修建通往安全地带的逃生通道,至少半年演练一次。(3)对便道、生产区、生活区附近不稳定山体进行监测,有异常时向相关方汇报的同时加以防范或将人员设备撤至安全地带。
1.5涉爆活动、作业处置措施
(1)在进行爆破作业的过程之中,应当委托专业的技术人员进行指挥,结合现场施工条件,确定每天的放炮次数、放炮时间等参数,并制定合理的爆破计划;起爆过程之中,起爆顺序应当遵循由里向外的原则,当里面的人员没有全部撤出之前,外面禁止放炮。(2)在进行爆破的过程之中,全体人员应当撤离到安全地段范围之内,必须确保施工人员不会受到飞石、有害气体等物质的伤害。(3)加工爆破器材的过程之中,必须要在离洞口50cm之外的位置进行加工,同时还必须建设专业的加工房、加工台等。一般情况下,洞外土石方运用电雷管之外,而对于洞内,主要运用非电雷管。装配起爆管的过程之中,必须要首先进行试验,试验结论无误之后才可以正式施工。同时,还要求出引线长度,并分批、分卷施工。如果导爆管的直径比较粗或者被压扁、存在锈蚀等,均不可以应用,必须进行更换。对于加工完成的起爆管,分段、分批装进木箱之内,同时还要注意不可混段,避免出现差错。(4)运送炸药的过程之中,单次运送量必须要满足当地管理规定与相关要求;同时,运送爆破器材的过程之中,还必须委托专业进行监护,切不可中途停留,以便发生意外事故。(5)利用汽车运输爆破器材的过程之中,必须要严格遵循相关规定与要求:炸药、雷管不可同时送入洞内,必须要分批次运输,并且车厢底部应当铺设胶皮,只可以堆放一层,不可堆积。同时,还要由专业的车辆、专业的人员进行运送,无关人员不可乘坐运输车辆。运输过程之中,要时时显示红灯,并且要鸣笛,对于汽车排气孔,必须要加装防火罩,以便产生火花等。另外,炸药、雷管不可以由同一辆车运输。(6)在进行装药的过程之中,所有在场人员均不可携带火种,一些无关人员、其他无用的机械设备等均必须要转移至安全区之内。(7)如果洞内为大断面开挖,雷管段数量比较多,并且装药量相对较大时,爆破人员应当将工作任务细化,明确不同人员的工作,并遵循自上而下的基本原则,分段装药,避免出现混段、漏装等状况,同时严禁出现超量装药的状况。(8)如果作业面比较暗,照明不足,或者工作面岩面严重损坏,并且没有进行支护,再或者可能会涌现大量水的地段,切不可进行装药作业。(9)装药工作结束之后,工作面上所有用到的材料、机械设备等均应当全部撤出,同时还要对炸药进行检查,确认是否存在漏装、混乱的状况,炮口堵住之后还应当进行网络连接,全部连接完成之后,还必须委派专业进行检查,确保其是否合格,所有检查全部结束之后,并且无任何异常状况,所有人员撤离至安全区域之内后才可以进行起爆作业。
1.6隧道不良地质施工风险处置措施
(1)超前地质预报工作应纳入工序化管理。在富水、断层破碎带等不良地质段,必须要严格遵循“物探先行、钻探验证、有崛必探、先探后掘”的基本准则。(2)富水区超前探水措施。在隧道可能遇到断层富水带突泥突水,隧道施工时应结合超前地质预报对富水段进行探水。若遇高压水或涌泥时可采取全断面帷幕注浆堵水和固结围岩。
2质量风险管理
全面贯彻质量ISO9001:2000质量管理体系,整个项目实行三级联动管理模式,即项目部到分部,分部到作业队,作业队到作业工班。施工中的每道工序都实行“三检”制度,从源头把好质量关口,过程当中严格控制,细节上狠抓落实,保证整个项目质量管理体系良好运行。同时,采取标准化作业,实施动态管理准则,对每一道工序、每一个部位进行严格审查,确保均是“精品”,制定合理的质量目标,降低质量风险。
3环境风险保护管理
3.1临时道路施工的环保管理
定对于树木、植被等绿化场地,应在确保施工有序进行的前提下保持原状,避免出现水土流失的状况,如果施工过程之中确实需要砍伐树木,那么必须要办理有关手续,经审批之后才可以砍伐。施工过程之中,所有施工通道、施工场地等均要定期洒水,如果运输石水泥、沙等材料,必须要及时清理。同时,还要在固定地点取土,切不可乱挖、乱填,对于弃渣场,应当及时进行绿化,避免废渣对附近环境产生污染,具体措施包括修建下水通道、分级弃土等。如果在居民区进行施工,对于一些噪声比较大的机械设备或者工序,要采取消声措施,或者分时段工作,降低噪声对周围居民的影响。
3.2隧道施工的环保管理
隧道进口临建设施,必须要与附近地形地貌、环境保持一致,尽可能的降低对周围环境的影响。隧道施工过程之中,要确保洞内具有良好的通风,并且还要利用高效的防尘措施,所有施工人员均需要佩戴防尘用品。同时,根据设计要求,在制定地点之内抛弃废渣,并运用合理化的方式进行处理,以免将河道堵塞。施工完成之后,还应当对废渣抛弃的地方进行绿化处理。