宜萬鐵路復(fù)雜隧道風險管理與控制

1、宜萬鐵路復(fù)雜隧道風險管理與控制朱鵬飛，張梅，黃鴻健，張民慶（鐵道部工程管理中心，北京 ）摘 要：宜萬鐵路規(guī)模大，水文地質(zhì)環(huán)境極其復(fù)雜。在復(fù)雜隧道修建過程中，防止突水突泥高風險是一項極其重要的任務(wù)。針對復(fù)雜隧道進行風險管理，這在鐵路系統(tǒng)尚屬首次。宜萬鐵路在風險理論的基礎(chǔ)上，從識別評估、決策管理、技術(shù)應(yīng)對和安全措施四個體系入手創(chuàng)建了復(fù)雜隧道風險管理體系。通過風險管理的研究與實踐，取得了較好的效果。關(guān)鍵詞：復(fù)雜隧道；風險管理；識別評估；決策管理；技術(shù)應(yīng)對；安全措施作者簡介：朱鵬飛（1965-），男，教授級高級工程師，鐵道部工程管理中心副主任，鐵道部宜萬鐵路建設(shè)指揮部常務(wù)副指揮長，主要從事鐵路建設(shè)管理

2、。1 概述隧道及地下工程涉及到眾多的不確定性和不確知性，因而，在建設(shè)階段存在著很大和眾多的技術(shù)風險。人為或非人為因素導(dǎo)致的工程事故給會造成巨大的經(jīng)濟損失，引起了嚴重的社會不良影響。近十多年來，此類事故在國內(nèi)外不勝枚舉。如1994年上海昌都大廈基坑開挖塌方事故、2002年渝懷鐵路圓梁山隧道突水突泥事故、2OO3年上海4號線聯(lián)絡(luò)通道突水塌方事故、2OO4年廣州地鐵塌方事故、2OO4年新加坡地鐵塌方事故、2006年宜萬鐵路馬鹿箐隧道突水突泥事故、2007年宜萬鐵路野三關(guān)隧道突水突泥事故。這些事故的發(fā)生使人們深刻認識到在隧道及地下工程建設(shè)中所面臨的巨大挑戰(zhàn)。如何有效控制隧道及地下工程設(shè)計、施工和運營管

3、理等各階段潛在的各種風險，減少財產(chǎn)損失和人員傷亡，這是當前隧道建設(shè)急需解決的關(guān)鍵問題之一。宜萬鐵路規(guī)模大、技術(shù)新穎、持續(xù)時間長、參加單位多、水文地質(zhì)復(fù)雜，可以說在項目建設(shè)中危機重重。此外，宜萬鐵路位于鄂西中低山區(qū)，主要行經(jīng)在長江與清江的分水嶺地帶，其地形、地質(zhì)條件之復(fù)雜集西南山區(qū)鐵路之大成，建設(shè)條件之艱、難、險居我國鐵路歷史之最，特別是長大隧道穿越的地區(qū)巖溶強烈發(fā)育，工程地質(zhì)問題與其他工程相比，其建設(shè)中存在的復(fù)雜性、不確定性、多樣性和隱蔽性更加突出，突水突泥的風險程度及工程處理難度為國內(nèi)外罕見，災(zāi)害造成的后果更加嚴重。因此必須建立科學(xué)合理的工程風險評估和防范體制，建立和健全工程風險評估和風險管

4、理的咨詢機構(gòu)，用全面、系統(tǒng)、科學(xué)的風險評估和風險管理實施手段，以達到能在第一時間了解、掌握工程建設(shè)過程中不同階段的第一手資料，提高工程風險的預(yù)測和防控能力，避免重大事故的發(fā)生，使工程風險降到最低。因此，為保證工程建設(shè)的安全，全面貫徹“安全第一、預(yù)防為主、綜合治理”的思想，開展宜萬鐵路巖溶隧道施工風險管理技術(shù)研究是非常必要的。通過研究，盡可能使工程的安全、質(zhì)量、進度得到有效控制，同時也可為后期宜萬鐵路的安全運營風險控制夯實基礎(chǔ)。2 風險管理目標宜萬鐵路是最早系統(tǒng)提出風險管理的鐵路工程項目。為嚴格貫徹“安全第一、預(yù)防為主、綜合治理”的方針，運用傳統(tǒng)的管理思想和現(xiàn)代風險理論相結(jié)合的方式組織宜萬鐵路建

5、設(shè)，為宜萬鐵路建設(shè)提供了科學(xué)的依據(jù)，通過風險的識別、風險估計、風險評價、風險控制和風險監(jiān)控這樣一個重復(fù)的循環(huán)過程，以最小的代價，提高抗擊高風險的能力，將建設(shè)過程中的多種風險減輕到可接受的水平。為此，宜萬鐵路巖溶隧道是鐵道部建設(shè)項目工程開工前首次對風險隧道開展風險評估，并應(yīng)用風險管理理論體系指導(dǎo)項目建設(shè)。3 風險管理方法宜萬鐵路巖溶隧道由于風險因素眾多，為了保證風險管理的質(zhì)量，需要實行系統(tǒng)化風險管理。它指由項目實施有關(guān)的各單位全體人員、貫穿于項目實施全過程的、具有全面性的、以風險識別、評價和監(jiān)控為主要內(nèi)容，以保證項目戰(zhàn)略目標實現(xiàn)和提高項目整體效益為目的的現(xiàn)代化項目風險管理的理論和方法。系統(tǒng)化風險

6、管理強調(diào)風險的管理過程貫穿于項目的全過程，而且是一個連續(xù)、動態(tài)的管理和反饋的過程。風險管理從風險識別開始，經(jīng)過風險估計、風險評價、風險控制和風險監(jiān)控五個階段，最后再回到風險識別。風險管理不斷發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，重視風險管理中信息的收集、處理和反饋。宜萬鐵路采取系統(tǒng)化風險管理，主要內(nèi)容主要包括了四個方面：全團隊風險管理、全方位風險隧道、多措施風險管理、全過程風險管理。系統(tǒng)化風險管理框架模式如圖1。圖1 系統(tǒng)化風險管理宜萬鐵路巖溶隧道工程采取全面風險管理模式，在建設(shè)期內(nèi)對每個階段的風險識別、風險估計、風險評價、風險控制措施的制定、明確的崗位、職責和決策權(quán)、風險監(jiān)控的方法、職責、程序做了明確的定義，

7、使每個階段風險的管理有章可循，而且是各個管理層風險職責明確。3.1 全過程風險管理宜萬鐵路巖溶隧道項目可分為四個階段：可行性研究與決策階段、設(shè)計階段、實施與控制階段和竣工驗收階段。在全過程的風險管理模式的要求下，在項目的各個階段風險識別、分析的基礎(chǔ)上，對項目風險進行監(jiān)控，并采取相應(yīng)措施。（1）在可行性研究與初步設(shè)計階段，根據(jù)該項目情況和以往類似項目的實踐識別項目可能潛在的風險，進行整體項目風險水平的評價，宜萬鐵路開展了可研和初步設(shè)計咨詢和地質(zhì)勘察監(jiān)理等工作。為建設(shè)單位的決策提供依據(jù)，盡最大可能對對風險事件采取禁止或回避的態(tài)度。通過設(shè)計咨詢，進一步降低巖溶隧道的設(shè)計風險。（2）在設(shè)計階段，從工程

8、建設(shè)的安全、質(zhì)量、進度和設(shè)計合理性等方面開展工程項目設(shè)計部分的風險識別，合理采納咨詢意見，開展施工圖設(shè)計，現(xiàn)場核對完善施工圖設(shè)計，補充鉆探完善地質(zhì)資料等等。（3）在項目的實施和控制階段，有針對性地制定相關(guān)制度，嚴格執(zhí)行相關(guān)制度文件規(guī)定要求，并隨時進行調(diào)整。（4）在竣工驗收階段風險管理的主要任務(wù)是文件整理和驗收工作。這一階段風險管理的主要是對文件資料的完整性、驗收工作的可靠程度和質(zhì)量等方面進行辨識和評價，并采取相應(yīng)措施。宜萬鐵路在該階段及時對涉及風險管理工作進行總結(jié)，為以后類似項目的風險管理提供參考經(jīng)驗。3.2 全方位風險管理全方位的風險管理包括風險的全面分析、風險的全面評價。風險的全面分析是基

9、于對宜萬鐵路巖溶隧道風險的客觀認識基礎(chǔ)之上的，宜萬鐵路在總結(jié)以往經(jīng)驗和教訓(xùn)的基礎(chǔ)上，首先羅列對整個工程建設(shè)有影響的風險，注重對項目有重大影響的風險。羅列風險因素從多角度、多方面進行，形成對項目系統(tǒng)風險多方位的全面的透視。結(jié)合項目實際和探明的地質(zhì)情況，認為巖溶、崩塌、滑坡、巖堆、瓦斯、高地應(yīng)力等不良工程地質(zhì)造成的災(zāi)害性事故可能性極大，其中又以巖溶及巖溶水害問題最為嚴重，涌水突泥等突發(fā)性災(zāi)害將嚴重危及施工安全，成為制約工程建設(shè)的突出問題，是維系工程成敗的關(guān)鍵。風險的全面評價不僅對風險發(fā)生的時間、概率、影響后果作出評價，還對風險的等級進行評分，甚至分析出風險的起因和可控性。開工初期，針對隧道不同段落

10、的地質(zhì)復(fù)雜程度，把隧道的地質(zhì)風險分為三個等級；隨著對風險的不斷認識和補充勘察的成果運用，提出了按風險程度將宜萬鐵路復(fù)雜巖溶隧道劃分為級風險隧道（可能出現(xiàn)大規(guī)模巖溶突水突泥隧道）及級風險隧道（可能出現(xiàn)局部突泥突水或大型干溶洞隧道）。研究并明確了巖溶隧道等級劃分、巖溶隧道總體處理原則、巖溶隧道加強安全性處理原則、預(yù)警與疏散原則等。3.3 全團隊風險管理在宜萬鐵路的風險管理過程中，風險管理不再是傳統(tǒng)意義上的僅僅由風險管理部門或人員來實施的專門管理活動，而是強調(diào)在鐵道部宜萬指揮部的統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)和主導(dǎo)作用，建設(shè)各方和所有項目參建人員共同參與，在嚴格執(zhí)行風險管理辦法和措施的規(guī)范下，充分調(diào)動參建各方的資源、科研

11、單位、工程項目領(lǐng)域?qū)ｍ椉夹g(shù)專業(yè)隊伍合作伙伴和國內(nèi)知名院士、專家協(xié)同攻關(guān)，建立風險共擔的風險管理，提高整個項目抵御風險的能力。3.4 多措施風險管理在風險管理的風險識別、風險分析、風險評價、風險控制及風險監(jiān)控的五個階段中，各個階段都存在多種定性和定量的分析方法。在項目風險管理過程中，結(jié)合具體隧道項目的特點，以及出現(xiàn)的風險的情況，靈活運用了風險識別和分析的方法，綜合采用風險應(yīng)急措施，避免了風險管理方法和措施的單一化和教條化。4 風險管理體系宜萬鐵路風險管理從識別評估、決策管理、技術(shù)應(yīng)對和安全措施四個體系入手進行管理。宜萬鐵路風險管理體系組織模式框架如圖2。圖2 風險管理組織模式框架圖宜萬鐵路作為目

12、前在建的鐵路系統(tǒng)內(nèi)公認的高難度、高風險項目，除幾乎具備一般建設(shè)工程的全部施工難題和風險外，長大隧道穿越地區(qū)巖溶發(fā)育的地質(zhì)問題與其他工程相比，其建設(shè)中存在的多樣性、復(fù)雜性、不確定性和隱蔽性更加突出，突水突泥的風險程度及工程處理難度為國內(nèi)外罕見，災(zāi)害造成的后果更加嚴重。在宜萬鐵路的工程建設(shè)實踐過程中，將風險管理理論與宜萬鐵路巖溶隧道工程充分結(jié)合，在隧道施工過程中不斷調(diào)整、完善、提高，進而總結(jié)形成一系列有針對性的巖溶隧道工程建設(shè)的風險管理措施制度，防范隧道施工風險，有效的規(guī)避風險和減小巖溶災(zāi)害危害性，實現(xiàn)項目安全控制目標。4.1 識別評估體系風險識別體系包括隧道風險評估、隧道風險分級、施工地質(zhì)預(yù)測預(yù)

13、報、水文監(jiān)控四個方面的內(nèi)容。風險識別體系框架如圖3。圖3 風險管理組織模式框架圖4.1.1隧道風險等級劃分根據(jù)隧道風險評估結(jié)論，對風險隧道進行分級。（1）級風險隧道級風險隧道主要具備下列地質(zhì)問題：斷層規(guī)模：隧道穿過長大或區(qū)域性斷層，這些斷層切割地面或地下水系，為地下水的運營通道。地表巖溶匯水面積：地表巖溶發(fā)育，且有較大的地表水匯集面積，而地表水系不發(fā)育，地下徑流為隧道區(qū)域內(nèi)的主要徑流方式。地下暗河：隧道附近暗河發(fā)育。地質(zhì)構(gòu)造：隧道位于可溶巖地層向斜構(gòu)造的核部或可溶巖與非可溶巖接觸界面附近。物探異常密集帶：隧道洞身標高附近，物探異常密集分布。巖溶水動力垂直分帶：隧道位于巖溶的水平發(fā)育帶中或地下水

14、的水平循環(huán)帶中，只要一經(jīng)揭露斷層、構(gòu)造或溶腔，就會發(fā)生大規(guī)模的突水突泥，形成毀滅性的地質(zhì)災(zāi)害。宜萬鐵路的八座級風險隧道全部都具有上述特征，是宜萬鐵路能否成功修建的關(guān)鍵工程，也是宜萬鐵路超前預(yù)報的重點隧道，需要全線進行超前預(yù)報。（2）級風險隧道級風險隧道與級風險隧道的區(qū)別是隧道位于巖溶的垂直發(fā)育帶或地下水的垂直循環(huán)帶中，當隧道通過上述地段，揭示大的斷層、構(gòu)造、溶腔時，有可能發(fā)生較大規(guī)模的突水突泥，形成工程地質(zhì)災(zāi)害，在重點地段需要進行超前預(yù)報工作。（3）一般巖溶隧道一般巖溶隧道雖然巖溶發(fā)育，但形成地質(zhì)災(zāi)害的可能性小，作為一般的隧道處理。根據(jù)隧道等級劃分標準，宜萬鐵路有級風險隧道8座，級風險隧道26

15、座，見表1。表1 宜萬線、級風險隧道統(tǒng)計表級風險隧道級風險隧道序號隧道名長度/m序號隧道名長度/m序號隧道名長度/m1八字嶺隧道58671堰灣1#隧道262314高陽寨隧道47312野三關(guān)隧道138382堰灣2#隧道321115落水洞隧道34673大支坪隧道87753白云山隧道682716汪家寨隧道20074云霧山隧道66404景陽坪隧道136017東岳宮隧道28125馬鹿箐隧道78795五爪觀隧道352818魯竹壩2#隧道51406金子山隧道68356涼風埡隧道235219康家村隧道14097齊岳山隧道105287王家?guī)X隧道718820龍鳳壩隧道16208別巖槽隧道37218沙坪隧道2620

16、21高橋壩隧道15899堰家坪隧道266322龍麟宮隧道342010紅瓦屋隧道350723三岔口隧道137011榔坪1#隧道255324竹園坪隧道83712榔坪2#隧道167825下村壩隧道197813榔坪3#隧道179826長鷹壩2#隧道26314.1.2施工地質(zhì)超前預(yù)報宜萬鐵路首次將預(yù)測預(yù)報納入工序管理，并提出“有疑必探、不探不進”的安全施工理念。通過施工地質(zhì)預(yù)測預(yù)報，多次探測到隧道前方不良地質(zhì)，為化解施工風險起到了重要的作用。4.1.3施工方案安全評估設(shè)計單位應(yīng)根據(jù)不良地質(zhì)情況，做出注漿方案、釋能降壓方案、凍結(jié)方案等，針對重大施工技術(shù)方案，由建設(shè)單位組織進行安全評估與論證，力求采取最安全

17、的方案。4.1.4水文監(jiān)控水文監(jiān)測內(nèi)容包括巖溶地下水的補給來源、排泄點以及反映地下水特征的各要素，如降雨量、涌水點、涌水量、水壓、水位等，對監(jiān)測的數(shù)據(jù)需進行整理和分析。4.2 決策管理體系針對復(fù)雜隧道，決策管理對于規(guī)避風險往往起到?jīng)Q定性作用。宜萬鐵路決策管理體系組成如圖4。圖4 決策管理體系杠架圖4.2.1建設(shè)單位主導(dǎo)和核心作用充分發(fā)揮建設(shè)單位的主導(dǎo)和核心作用。成立以指揮長為組長的級風險隧道重大技術(shù)方案管理小組，組織審查、論證、決策、批準重大技術(shù)方案。在云霧山、野三關(guān)、馬鹿箐、大支坪四個高壓富水充填溶腔技術(shù)方案上，存在著堵與放兩種截然不同的方案。堵的方案在以往工程中有實例，但存在著注漿效果不能

18、滿足施工安全的隱患，而放的方案又沒有工程實例可以借鑒。針對堵與放兩種方案，建設(shè)指揮部組織專家論證，創(chuàng)新工法，果斷實施，從而使長期困擾宜萬鐵路建設(shè)的四個溶腔相繼得到突破、貫通。在施工中既化解了安全風險，又節(jié)約了成本、縮短了工期。4.2.2風險隧道特別管理小組 成立以指揮部領(lǐng)導(dǎo)為組長的風險隧道特別管理小組，現(xiàn)場組織和監(jiān)督重大技術(shù)方案的實施。特別管理小組主要是針對超前預(yù)報、注漿堵水、釋能降壓、結(jié)構(gòu)處理四個影響安全的主要方面進行管理。4.2.3防范高風險專項機制宜萬線巖溶隧道工程施工中可能遭遇的風險點多而分散、不確定因素多、偶然性極大，防范極度困難。在宜萬鐵路隧道工程的修建過程中，由于風險因素來源復(fù)雜

19、，因此對各項風險來源制定了專門的風險控制措施。具體方法是采用綜合地質(zhì)預(yù)報系統(tǒng)準確判斷溶腔規(guī)模、類型及邊界，對可能發(fā)現(xiàn)災(zāi)害性溶腔制定安全進洞條件，監(jiān)測降雨量和溶腔的水量、水壓及變化趨勢，在完備的預(yù)警預(yù)報系統(tǒng)的保護下，通過全方位水文專項監(jiān)測、區(qū)域水文地質(zhì)分析，采用有效的溶腔處理方案，在合適的時機進行溶腔的處理。主要措施有宜萬鐵路建設(shè)防范高風險專項機制（施工地質(zhì)勘察與超前地質(zhì)預(yù)測預(yù)報；突發(fā)性事件防范應(yīng)急預(yù)案；應(yīng)對復(fù)雜地質(zhì)、工程難題的設(shè)計和施工預(yù)案；重難點工程監(jiān)控；隧道施工量測監(jiān)控；嚴格規(guī)范施工工藝監(jiān)控；嚴格履約考核獎罰和信息收集、反饋和快速反應(yīng)專項機制）、動態(tài)設(shè)計措施、釋能降壓法、專家咨詢制度等。4

20、.2.4技術(shù)管理專項制度（1）復(fù)雜巖溶隧道超前地質(zhì)預(yù)報管理制度宜萬鐵路水文地質(zhì)復(fù)雜，不良地質(zhì)眾多。因此必須采取一定的手段預(yù)先判別風險，而后采取應(yīng)對措施，降低風險到可接受的范圍。為此，建設(shè)指揮部制定了復(fù)雜巖溶隧道超前地質(zhì)預(yù)報管理制度。（2）復(fù)雜巖溶隧道注漿施工管理制度注漿是處理復(fù)雜巖溶的一項有效工法，建設(shè)指揮部對此予以高度重視，制定了復(fù)雜巖溶隧道注漿施工管理制度。4.3 技術(shù)應(yīng)對體系針對復(fù)雜巖溶隧道施工，應(yīng)抓好繞避技術(shù)、注漿技術(shù)、分水降壓技術(shù)和釋能降壓技術(shù)的方案選擇與應(yīng)用。對于隧道結(jié)構(gòu)處理，應(yīng)采取針對性治理方案。技術(shù)應(yīng)對體系結(jié)構(gòu)組成如圖5。圖5 技術(shù)應(yīng)對體系結(jié)構(gòu)圖4.4 安全措施體系復(fù)雜巖溶隧道

21、安全措施的管理主要是制定安全進洞條件，落實安全生產(chǎn)制度及培訓(xùn)，設(shè)置專職安全員，建立防災(zāi)報警系統(tǒng)，對復(fù)雜地段結(jié)構(gòu)進行長期安全監(jiān)測。安全措施體系如圖6。圖6 安全措施體系結(jié)構(gòu)圖4.4.1安全進洞條件對于高風險隧道，根據(jù)日降雨量、水壓力、泄水洞日排水量等實行進洞安全等級管理，確定進洞施工警戒條件，確保施工人員絕對安全，如馬鹿箐隧道的安全等級見表2。齊岳山隧道安全等級管理見表3。表2 馬鹿箐隧道安全施工等級管理安全等級降雨量/mm水壓力/MPa泄水洞排水量/(m3/h)安全狀態(tài)施工措施一（綠色）100.11000正常日常措施，正常施工二（黃色）=10200.152500警戒加強觀測，做好洞內(nèi)外溝通，正

22、常施工。三（紅色）200.153000應(yīng)急掌子面停工，人員全部撤離。表3 齊岳山隧道進口安全施工等級管理安全等級降雨量/mm洞內(nèi)涌水量/(m3/h)安全狀態(tài)施工措施一（綠色）152000正常日常措施，正常施工二（黃色）=15254500警戒領(lǐng)導(dǎo)值班，加強觀測，做好洞內(nèi)外溝通，正常施工三（紅色）256000應(yīng)急掌子面停工，撤離機具人員4.4.2安全生產(chǎn)制度及培訓(xùn)針對風險隧道，施工前應(yīng)對進洞作業(yè)人員進行安全生產(chǎn)制度培訓(xùn)，特別是應(yīng)學(xué)會判別掌子面風險標識，熟悉逃生線路。突水突泥災(zāi)害的風險兆如下：（1）掌子面有硬塑狀粘土擠出、泥砂流出。（2）掌子面有掉塊，并不斷嚴重。（3）出水部位滲流水量不斷逐漸增大，并呈股狀。（4）掌子面后部變形量增大，并有掉塊現(xiàn)象。4.4.3專職安全員針對風險隧道，必須設(shè)置專職安全員，負責全隧道的安全風險識別，負責