湖州隧道风险评估报告

杭宁客运专线湖州隧道
施工阶段风险评估报告
1 编制依据
1.1 业主制订的风险管理方针及策略
1.2 相关的国家和行业标准、规范及策略
《铁路隧道风险评估与管理暂行规定》（铁建设[2007]200号）；
《铁路建设工程安全生产管理办法》（铁建设[2006]179号）；
《铁路隧道设计规范》（TB10003-2005）；
《铁路隧道施工规范》（TB10204-2002）；
《铁路隧道防排水技术规范》（TB10119-2000）；
《铁路隧道喷锚构筑法技术规范》（TB10108-2002）；
《铁路工程施工安全技术规程》（上册，TB10401.1-2003）；
《铁路工程施工安全技术规程》（下册，TB10401.2-2003）；
《煤矿安全规程》（国家安全生产监察管理局第16号）。

1.3 隧道基础资料
湖州隧道设计文件《新建南京至杭州客运专线工程施工图-湖州隧道》；
宁杭客专NHZQ-3标施工相关合同文件；
宁杭客专NHZQ-3标《实施性组织设计》等。

2 湖州隧道工程概况
2.1 隧道概况
湖州隧道位于浙江省湖州市长兴县李家港镇，隧道进口里程为DK173+075,出口里程DK178+585，全长5510m，是本线最长的隧道。

隧道洞身穿越地段为低山丘陵地貌区，隧道最大埋深约325m。

相对高差100～400m，地形起伏较大，自然坡度约15o～40o，植被发育，多为松木及杂木。

隧道进口为丘间谷地，地势狭窄，隧道出口处为正在开采的采石场。

湖州隧道最大埋深约325m，进、出口轨面设计标高分别为44.055m、67.762m。

隧道线路DK157+517.8至隧道出口位于R＝7000m的右偏曲线上，其余为直线。

隧道内坡度为“人”字坡，坡度依次为20‰、6.40‰、-4.00‰，隧道进口至DK174+483/DK177+118~482及DK178+512.5至隧道出口段均设置圆曲线型竖曲线，曲线半径为35000m。

2.2 工程地质与水文地质
2.2.1 地层
湖州隧道表层为第四系残坡积粉质黏土，灰黄色，褐黄色，硬塑，夹碎石。

下伏基岩主要为泥盆系中下统唐家坞群、泥盆系上统五通组砂岩，石炭系下统高骊山组砂岩。

石炭系中统黄龙组灰岩，局部钻探揭示有侵入煌斑岩。

局部夹有泥岩。

山间谷地主要为粉质黏土、粉土、角砾土、中粗砂等，局部有软土及松软土。

砂岩、灰岩地层受褶皱及断裂影响，岩体节理一般较为发育，见图1湖州隧道进口进洞段断面图，可见，上台阶岩层为大块层状；中台阶为薄层状、破碎，中间夹薄的软弱层，单块岩石强度高，但整体破碎。

图1 湖州隧道进口进洞段断面图
根据基岩饱和抗压强度实验结果，（4）3层灰岩为硬岩；（5）3层灰岩为较软岩～极硬岩，强度变化幅度较大；（6）3层砂岩、（7）3层石英砂岩和（8）3层砂岩均为硬岩～极硬岩，强度很高。

2.2.2 地质构造
湖州隧道隧址区位于湖州背斜内，背斜轴部走向进东西，核部地层为D1-2ms 砂岩，隧址区构造比较复杂，根据勘察结果结合区域地质资料分析，隧址区主要的断层见表1湖州隧道断层特征表。

表1 湖州隧道断层特征表
二号斜井掘进90m左右遇到断层破碎带，并逐步扩展，到进尺98～100m处发展到全断面松散破碎岩层，见图2，掌子面岩层易坍塌，隧道轮廓成形差。

2.2.3 水文地质特征
地表水主要为雨季降水，汇集于沟谷。

地下水主要为基岩裂隙水，地下水发育，主要为基岩裂隙水，构造带中裂隙水较发育。

施工要注意防水、止水措施。

地表及地下水无侵蚀性。

根据抽水试验结果，经计算渗透参数K为0.02~0.60m/d。

对隧道涌水量的预测采用了降水入渗法进行计算分析，最大正常涌水量1482m3/d。

计算结果见表2。

图2 二号斜井进尺98～100m处遇全断面松散破碎岩层
起点里程终点里程正常涌水量Q（m3/d）
DK173+073 DK173+800 212
DK173+800 DK174+140 588
DK174+140 DK176+450 1482
DK176+450 DK177+200 588
DK177+200 DK178+350 649
合计3519
2.3 不良地质
根据钻探、物探资料及调查测绘资料，湖州隧道隧址区内F1、F2、F3、F4断裂构规模相对较大，对工程建设有一定影响。

其他断裂构造发育程度相对较小，对隧道工程影响较小。

隧址区DK173+740～DK173+920段为C2h灰岩，溶岩较发育，局部发育溶洞，采石场坑壁可见最大空洞洞径5～6m。

预测该区段岩溶水较发育，但灰岩出
露范围相对较小。

2.4 隧道施工方案与施工方法
2.4.1 施工方案
1．辅助坑道
湖州隧道为全线控制性工程，隧道全长5510m。

为加快施工进度，隧道设置两座双车道无轨运输斜井。

一号斜井位于线路右侧，与线路相交于DK174+800里程处，与隧道左线中线的交角为60°，斜井洞口里程为XDK0+448，综合坡度为8.75％，斜长为449.91m。

出口斜井位于DK178+146线路右侧97m处。

斜井与线路方向夹角17°23′21，与隧道斜交于DK177+800处，DK177+880处设一圆曲线使斜井与正洞正交于DK177+880处。

斜井长度为320m，综合坡度约为8.469%。

2．施工组织方案
湖州隧道分4个口五个工作面同时施工。

湖州隧道进口任务划分：DK173+075～DK174+370共1295m正洞施工。

其中Ⅴ级围岩165m，Ⅳ级围岩110，Ⅲ级围岩95，Ⅱ级围岩925m。

湖州隧道斜井任务划分：DK174+800～DK176+485，DK174+800～DK174+370共2115m正洞施工及449.91m斜井施工。

其中正洞Ⅴ围岩90m，Ⅳ围岩110，Ⅱ围岩1915m，斜井Ⅴ围岩58.29m，Ⅲ围岩230.82m，Ⅱ围岩200.81m。

湖州隧道出口任务划分：DK176+485～DK178+585段正洞施工及出口斜井施工。

其中明洞310m，Ⅴ围岩340m，Ⅳ围岩495，Ⅱ围岩955m，出口斜井320m。

2.4.2 施工顺序
湖州隧道进口施工顺序：
湖州隧道进口工区分一个作业面由隧道进口DK173+075→正洞（杭州方向）DK174+800施工。

湖州隧道1#斜井施工顺序：
1#斜井→正洞DK174+800→正洞（杭州方向）DK176+485。

1#斜井→正洞DK174+800→正洞（南京方向）DK174+370。

湖州隧道2#斜井施工顺序
2#斜井→正洞（南京方向）DK177+880 DK176+485。

湖州隧道出口施工顺序：
出口DK178+585→正洞（南京方向）DK177+880。

2.4.3 施工方法
II级采用全断面法；III级采用台阶法、IV级采用三台阶法；V级三台阶临时仰拱法施工。

施工时加强地质超前预报，提前采取各项措施。

在DK174+800右侧设一座斜井、在DK177+880处设置出口斜井。

施工采用进、出口、一号斜井双口、二号斜井双口共6个工作面掘进施工，洞门、明洞段采用明挖法。

暗挖隧道采用复合式衬砌，明挖隧道采用明洞式衬砌结构。

多断裂地带是隧道工程施工的控制重点。

3 湖州隧道施工风险评估程序和评估方法
3.1 风险评估程序
湖州隧道在设计阶段通过对勘测资料、地勘报告、设计图进行分析，对隧道进行风险识别，并根据风险因素采用相应的对策措施，从而将风险降低至可接收或可忽略的范围，具体详见湖州隧道设计中的“附表2 湖州隧道初始风险表”、“附表3 湖州隧道风险措施表”、“附表4 湖州隧道残余风险表”。

并提出“施工时应根据风险评估结果提出相应的施工措施、编制应急预案，配备必要的报警、救援、逃生设施。

”
本施工阶段风险评估在设计阶段风险分析基础上，进行风险因素核对，根据实际情况，确定风险概率和损失，进而确定风险等级，制定风险对策，明确残留风险。

并在施工中根据变化的地质、施工条件，实施动态化的风险管理。

湖州隧道风险评估与管理目标为安全风险、环境风险、工期风险、投资风险及第三方风险。

本隧道长达5510m，但由于增加了两个斜井，形成5个工作面掘进，工期风险大大降低。

本项目为铁道部与浙江省投资建设，投资风险极小。

因此，施工阶段的风险评估重点放在安全风险和环境风险。

湖州隧道风险评估与管理按照图3的流程图进行。

3.2 隧道风险评估方法
可接受准则的确定，据此分析哪些风险是已辨识的，哪些是可控制的，以及
风险可能造成的危害或影响程度和研究风险因素产生的概率。

图3 风险评估流程图
3.2.1 层次分析法
层次分析法AHP运用于实际评估问题中，可以简单地描述为：确定指标体系→建立递阶层次结构→确定权重→多指标综合。

权重的确定是AHP解决的核心问题，它是在专家调查的基础上运用数学方法，在一定程度上减少了专家主观因素的影响。

具体步骤如下：
第一步：建立递阶层次结构
第二步：构造判断矩阵
第三步：计算单一准则下元素的相对权重
第四步：计算各层元素的组合权重
4 杭宁客运专线湖州隧道风险评估
4.1 隧道风险因素核对与风险源分析
4.1.1 隧道风险识别
识别影响的主要风险因素，即考虑决策者、专家层对风险的态度的“主观概率”分析。

湖州隧道施工及洞口施工风险因素中的施工准备情况、施工地质勘察、施工管理、隧道特征风险因素见表3~6。

表3 施工准备情况风险因素
表4 施工地质勘察风险因素
表5 施工管理风险因素
表6 隧道特征风险因素
隧道特征埋深
断面大小长度
坡度
辅助坑道其他
4.1.2 施工阶段隧道风险因素核对
1．正洞矿山法施工
在设计阶段风险评估的基础上，结合湖州隧道实施性施工组织设计和表3~6，表7给出了湖州隧道施工风险因素核对表。

由于湖州隧道出口段300m左右均为浅埋段，且此处为山凹处，冲积层较厚，基岩较风化，且受采石场长期挖掘扰动，整体稳定性差，存在山体开裂变形风险，见图4。

图4 湖州隧道出口段地形
此外，F1、F2、F3断层临近沟谷，易沟通岩层裂隙水，引发突水和地下水流失，因此增加了环境风险因素。

表7 湖州隧道施工风险因素核对表
2．洞口段施工
湖州隧道增加了2座斜井，有4个洞口施工段，且出口段300m左右均为浅埋段，且此处为山凹处，冲积层较厚，基岩较风化，且受采石场长期挖掘扰动，整体稳定性差。

表8给出了湖州隧道洞口段施工风险因素核对表。

3．斜井施工
斜井施工中存在运输风险因素，斜井转正洞施工由于工法转换等原因，存在塌方风险。

4.1.3 施工阶段隧道风险源分析
根据风险因素核对表，得出表9湖州隧道施工风险评估指标体系。

表9 湖州隧道施工风险评估指标体系框架
4.2 隧道风险评价
铁路隧道风险分级包括事故发生概率的等级标准、事故发生后果的等级标准和风险的等级标准。

隧道风险等级综合考虑隧道工程地质、投资、工期和技术难度。

1．事故发生概率分成五级，表10。

表10 事故发生概率等级标准
注：1 当概率值难以取得时，可用频率代替概率；
2 中心值代表所给区间的对数平均值。

2．事故发生后果分成五级，各后果的等级标准如表11~16所示。

（1）经济损失是指风险事故发生后造成工程项目发生的各种费用的总和，包括直接费用和事故处理所需的各种费用，表11。

表11 经济损失等级标准
注：“~”含义为包括上限值而不包括下限值，5~4-5~7表均同。

（2）人员伤亡是指在参与施工活动过程中人员所发生的伤亡，依据人员伤亡的类别和严重程度进行分级，表12。

表12 人员伤亡等级标准
注：F=死亡人数，SI=重伤人数，MI=轻伤人数。

（3）工期延误是指工程风险事故引起的工程建设时间延长。

不同性质的工程和建设工期，采用不同的绝对延误时间，表13。

表13 工期延误等级标准
（4）环境影响是指隧道施工对周围建（构）筑物破坏或损坏、环境污染等。

环境影响根据其影响程度进行分级，表14。

表14 环境影响等级标准
但不会是永久的；“永久的”含义为不可以逆转或不可恢复的。

3．根据事故发生的概率和后果等级，将风险等级分为四级，表15。

表15 风险等级标准
4．铁路隧道风险接受准则与采取的风险处理措施，表16。

表16 风险接受准则
4.3 隧道风险评价层次分析法
1．建立递阶层次结构
根据表9风险评估体系所得的风险因素建立图5湖州隧道施工风险的递阶层次结构图。

图5 湖州隧道施工风险的递阶层次结构图
2．构造判断矩阵
在建立递阶层次结构以后，上下层之间元素的隶属关系就被确定了。

假设同层共有n个元素A1，a ij，．．．，A n，将所有因素对上一层元素的重要程度进行成对比较，如A i与A j比较，使用1~9的比例标度a ij来反映它们的相对重要性，标度的含义见表17。

若A i与A j相比得a ij，则A i与A j相比的判断为a ji=1/a ij，从而可以得至一个n×n的判断矩阵A=(a ij) n×n。

表17 标度的含义
注：2，4，6，8表示上述相邻判断的中间值
采用这种方法对第二层两两比较，得到以下评判矩阵A：
3．计算单一准则下元素的相对权重 1) 计算A 的各行之和。

⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤14/13/13/14/15/1413322/133/1122
/13/133/12/112/13/142/12212/1523421=⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣
⎡⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤37.25.1317.767.51017
2) 计算上面得到的各行之和的平均值。

⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡⎥
⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤37.25.1317.767.51017=⎢⎢⎢⎢
⎢
⎢⎢
⎢⎣⎡⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤395.025.2195.1945.067.183.2 3)归一化。

将上式中的平均值除以六个平均值之和(2.83+1.67+0.945+1.195+2.25+0.395=9.285)。

即得到矩阵A 的特征向量矩阵W 。

=⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣
⎡⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤285.9/395.0285.9/25.2285.9/195.1285.9/945.0285.9/67.1285.9/83.2⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣
⎡⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤
043.0242.0129.0102.0180.0305.0
4) 计算最大特征值
∑
==n
i i
i
nW AW 1
max )(λ AW=⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡⎥⎥⎥⎥⎥
⎥⎥⎥⎦⎤14/13/13/14/15/1413322/133/1122/13/133/12/112/13/142/12212/1523421⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤043.0242.0129.0102.0180.0305.0=⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣
⎡⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤
2865.06195.1734.0568.00875.1159.2 λmax =1/6（2.159/0.305+1.0875/0.18+0.568/0.102+0.734/0.129+ 1.6195/0.242+0.2865/0.043）=6.289
5) 一致性检验 ① 计算一致性指标C.I. 1
..max --=
n n
I C λ
式中n 为判断矩阵的阶数。

② 相应的平均随机一致性指标R.I.
平均随机一致性指标是多次（500次以上）重复进行随机判断矩阵特征值的计算之后取算数平均数得到的。

龚木森、许树柏得出的1~15阶重复计算1000次的平均随机一致性指标如表18。

表18 平均随机一致性指标R.I.
③ 计算一致性比例C.R.
.
..
...I R I C R C =
根据以上公式，当n=6时，C.I.=( 6.289-6)/(6-1)=0.058 查表18，当n=5时，R.I.=1.26，则C.R.=0.046<0.1
则，判断矩阵A的一致性可以接受，故权重向量W可以接受。

4．计算各层元素的组合权重
在上述一致性检验通过的基础上，并有计算结果得知在湖州隧道施工中的风险因素按照对施工风险的影响程度从大到小排列为：
洞口坍塌>斜井施工>塌方、大变形>突水（泥、石）>山体开裂变形>环境风险
4.4 安全风险评估记录
湖州隧道安全风险评估记录详细列于附表，其中：
附表1《安全风险清单表》
附表2-1《初始风险等级表》
附表2-2《残留风险等级表》
附表3《风险因素权重表》
附表4《风险因素综合权重表》
附表5《风险期望损失表》
附表6《风险对策措施表》
附表7《风险评估综合表》
附表8《风险登记表》
5 杭宁客运专线湖州隧道风险对策措施及建议
湖州隧道风险对策措施见表19。