首頁 > 川藏鐵路工程建設(shè)安全面臨的挑戰(zhàn)與對策

川藏鐵路工程建設(shè)安全面臨的挑戰(zhàn)與對策

時間 : 2023年12月2日分類 :工程百科

1.引言

川藏鐵路是國家“十三五”重大建設(shè)項目計劃中的重中之重，是西藏自治區(qū)對外運輸通道的重要組成部分，是引導產(chǎn)業(yè)布局、促進沿線國土開發(fā)、整合旅游資源的黃金通道。規(guī)劃建設(shè)川藏鐵路對西藏、四川乃至中國西部經(jīng)濟社會發(fā)展具有重大而深遠的意義。

如何高起點、高標準、高質(zhì)量建設(shè)川藏鐵路既是當下中國社會各界普遍關(guān)注的熱點和焦點問題，也是擺在川藏鐵路建設(shè)組織管理者面前的重大課題。下文主要結(jié)合筆者多年的鐵路建設(shè)管理經(jīng)驗和研究成果，圍繞川藏鐵路工程建設(shè)安全風險簡要討論“抓什么”和“怎么抓”兩方面的問題。

●2.川藏鐵路概況和主要挑戰(zhàn)

2.1.工程概況

川藏鐵路東起四川省成都市，向西經(jīng)雅安、康定、昌都、林芝、山南，終于西藏自治區(qū)首府拉薩。全線運營長度1567km，其中成都至雅安段（成雅段）已于2018年12月28日開通運營，拉薩至林芝段（拉林段）已于2014年12月開工建設(shè)，預計2021年建成通車；雅安至林芝為新建段，正線全長1008.45km，新建車站24個（不含雅安站、林芝站），橋隧總長965.74km，橋隧比95.8%，其中新建橋梁114.22km（93座），占線路長度11.33%，新建隧道851.48km（72座），占線路長度84.43%。

2.2.工程主要特點和挑戰(zhàn)

工程環(huán)境復雜。線路依次經(jīng)過四川盆地、川西高山峽谷區(qū)、川西高山原區(qū)、藏東南橫斷山區(qū)、藏南谷地區(qū)5個地貌單元，平均海拔3800m，地形起伏劇烈；線路“穿七江過八山”，沿線天氣氣候變化劇烈，水系分布復雜，內(nèi)外動力地質(zhì)作用強烈，地球板塊活動仍在繼續(xù)，地震活動高發(fā)，不良地質(zhì)和特殊巖土發(fā)育，工程地質(zhì)條件極其復雜，自然災害頻發(fā)。線路經(jīng)過區(qū)域國家級保護區(qū)數(shù)10處、大熊貓等珍稀動植物近百種，生態(tài)環(huán)境敏感，環(huán)境保護任務艱巨。

重難點工程多。全線有千米級跨度懸索橋3座；200m跨度以上的鋼桁梁、拱橋和剛構(gòu)橋7座；長度15km以上隧道23座，最長的易貢隧道長達42.5km；深埋隧道眾多，最大埋深2100m。工程結(jié)構(gòu)復雜、技術(shù)難度巨大，還受制于橋址隧址地質(zhì)、水文、氣候和交通條件等工程環(huán)境，安全風險因素眾多，施工條件艱難。

建設(shè)管理難度大。線路位于高海拔地區(qū)，山高谷深、人跡罕至，高寒缺氧工效低，有效作業(yè)期短；區(qū)域工業(yè)基礎(chǔ)薄弱，沿線交通運輸能力不足，鋼材、水泥、砂石料等建筑材料匱乏，電網(wǎng)和通信網(wǎng)絡覆蓋面不足；單體控制性工程多，建設(shè)周期10年左右，施工組織難度大。

總體而言，川藏鐵路全線復雜結(jié)構(gòu)橋梁、超長深埋隧道眾多，具有地形起伏劇烈、工程地質(zhì)復雜、生態(tài)環(huán)境敏感、氣候條件惡劣、自然災害頻發(fā)、施工條件艱難等特點，面臨著“極端地質(zhì)災害、工程異常艱巨”兩大挑戰(zhàn)，給工程建設(shè)和運營帶來極高的安全風險。

●3.風險判析

3.1.風險因素辨識

根據(jù)自然環(huán)境和工程特點，川藏鐵路建設(shè)期的主要安全風險可分為氣候災害、地質(zhì)災害、工程災害、高原災害4類，災害分類和建設(shè)期主要風險因素如圖1所示。

圖1.川藏鐵路災害分類和主要風險因素分析圖。

3.2.對工程結(jié)構(gòu)的影響分析

川藏鐵路主要工程結(jié)構(gòu)類型包括軌道、橋梁、路基、隧道、站房、臨時工程等?？紤]工程結(jié)構(gòu)和災害影響等特點，建立單一災害下工程建設(shè)安全風險（人和財產(chǎn)風險）估算公式如下：

式中，R為單一災害對工程結(jié)構(gòu)的風險影響因子；Ra為災害的風險程度（財產(chǎn)損失和潛在死亡人數(shù)）；

為結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)；Q為結(jié)構(gòu)數(shù)量分布比率；K為結(jié)構(gòu)易損性系數(shù)；P為災害發(fā)生的概率；Pt為災害到達承災體（財產(chǎn)和人員）的概率；Ps為單一災害使承災體（財產(chǎn)和人員）產(chǎn)生事故的概率。

川藏鐵路各類結(jié)構(gòu)可能會受到4類災害的影響，其多災害條件下工程建設(shè)安全總風險計算公式如下：

式中，Rt為多災害條件下工程結(jié)構(gòu)的總風險；Ri為不同類型單一災害條件下工程結(jié)構(gòu)的影響因子。

采用資料調(diào)研與專家問卷等方法對川藏鐵路各類結(jié)構(gòu)安全風險進行計算，如表1、表2所示。

表1 不同結(jié)構(gòu)類型風險影響的計算

表2 不同災害類型風險影響的計算

根據(jù)公式（1）和公式（2），針對川藏鐵路不同類型工程結(jié)構(gòu)進行風險估算，估算結(jié)果如圖2所示。從圖2可知，要尤為注意地質(zhì)災害對川藏鐵路工程建設(shè)的影響，就工程類型而言，風險最大的是臨時工程和隧道工程。

圖2.川藏鐵路工程建設(shè)安全風險估算

臨時工程包括臨時道路、制梁場、軌道板場、拌合站、構(gòu)配件加工場、隊伍駐地、臨時通信等。這些工程均暴露在自然環(huán)境下，或緊臨河流、溝壑，或在風口、洼地，或緊靠山腳、陡坡，露天施工場地與此相似，極易受到洪水、大風、地質(zhì)災害沖擊。2010年9月7日甘肅舟曲泥石流災害，造成1841人遇難或失蹤；2019年3月15日山西臨汾永寧山體滑坡，造成20人遇難；2016年6月19日，在成貴鐵路大土地隧道附近，某施工單位隊伍駐地背后發(fā)生山體滑坡，摧毀住房，造成7人死亡。這些都是人員駐地發(fā)生地質(zhì)災害造成重大傷亡的例子，教訓十分慘痛。川藏鐵路地質(zhì)、氣候條件更為復雜，地質(zhì)災害對臨時工程，特別是隊伍駐地、露天施工場地的威脅更大，需重點防范。

川藏鐵路隧道眾多，有的超長超深，有的地處高地應力、斷裂帶、極高地溫等區(qū)域，根據(jù)以往鐵路建設(shè)經(jīng)驗，隧道施工發(fā)生安全事故的概率最高，包括坍塌、突泥突水等，也需重點防范。

●4.永臨工程的一體化管理

4.1. 一體化管理框架

對于工程建設(shè)風險管理，鐵路系統(tǒng)有較為成熟的方法和經(jīng)驗，但鑒于川藏鐵路的特殊性，在應用風險管理基本方法、項目標準化管理基本思路的同時，應大力推進管理體制、機制、方法等方面的創(chuàng)新，通過管理創(chuàng)新保安全。

安全風險管理涉及鐵路參建各方、地方有關(guān)部門，其時間跨度是全生命周期，其管理范圍既有正式工程，也有臨時工程，使用的知識涉及地質(zhì)、水文、氣象、工程結(jié)構(gòu)、施工設(shè)施等。因此，川藏鐵路的安全風險管理是典型的巨系統(tǒng)工程，應使用系統(tǒng)工程的方法管理。同時，鑒于臨時工程風險高，故將正式工程與臨時工程進行一體化管理，一體化內(nèi)容包括勘察設(shè)計、建設(shè)管理、災害監(jiān)測和應急救援4個方面，其管理框架模型如圖3所示。

圖3. 正式工程與臨時工程一體化管理框架

4.2. 勘察設(shè)計一體化

勘察設(shè)計一體化也就是正式工程與臨時工程要一起安排勘察設(shè)計，一起安排咨詢、審查。按目前規(guī)定，設(shè)計院對大臨工程是有設(shè)計責任的，但實際情況主要是圖上作業(yè)，而對于隊伍駐地等臨時工程（小臨工程），設(shè)計院沒有設(shè)計責任。川藏鐵路如果按此辦理，臨時工程和施工人員就會面臨極高的地質(zhì)災害、自然災害風險，這是不可接受的。因此，應將臨時工程納入勘察設(shè)計工作中，要點見表3。

表3 勘察設(shè)計一體化要點

4.3. 建設(shè)管理一體化

建設(shè)管理一體化即參建單位、有關(guān)機構(gòu)一體化管理，職工與民工、職業(yè)健康與施工安全、正式工程與臨時工程同等對待，一同管理。

參建單位一體化管理已在鐵路建設(shè)項目上應用多年，即以建設(shè)單位為主導層、各參建單位為管理層和作業(yè)層的虛擬企業(yè)架構(gòu)。川藏鐵路涉及單位更多，管理鏈條更長，因此要增加支持層，如圖4所示。在此架構(gòu)下，管理要點包括：

（1）建設(shè)管理任務既有工程、又有隊伍。隊伍包括職工和民工。民工是施工的骨干力量，必須納入到設(shè)計、施工單位的編制中，與職工同吃、同住、同培訓，杜絕民工隨處居住、缺醫(yī)少藥情況的發(fā)生。

（2）川藏鐵路的高原病防治與施工安全同等重要，應按科研方案，設(shè)立醫(yī)療機構(gòu)，建立臺階適應、輪休、限制勞動時間等制度，保證不發(fā)生高原病死亡事故。職業(yè)健康與施工安全應考慮同一個部門管理。

（3）建設(shè)過程中各級的檢查、評比，應將臨時工程納入，特別是安全檢查時，應將臨時工程、施工場地、隧道工程作為重點，不因其位置偏遠、規(guī)模較小而忽視，做到全覆蓋。

圖4.參建單位、有關(guān)機構(gòu)一體化管理

4.4. 災害監(jiān)控一體化

災害監(jiān)控一體化也就是正式工程與臨時工程一體化監(jiān)控，施工安全與職業(yè)健康、疫情一體化監(jiān)控。要點如下：

（1）對于地質(zhì)、氣候災害監(jiān)測點的設(shè)置，應統(tǒng)籌兼顧、突出重點，將隊伍駐地、橋隧施工場地作為重點監(jiān)測工點，將洪水、泥石流、滑坡、雪崩作為重點監(jiān)測項目。

（2）對于當?shù)匾咔榈谋O(jiān)測，主要依靠衛(wèi)生防疫部門，對職業(yè)健康，特別是高原病的監(jiān)測按防治方案辦理。

（3）監(jiān)測應實行建設(shè)單位統(tǒng)一部署，各單位分頭實施的體制。監(jiān)測標準明確，監(jiān)測資料共享。

（4）災害監(jiān)測實行專業(yè)化，可充分利用社會資源。

4.5.應急救援一體化

應急救援一體化即參建各方、地方一體化應急響應和救援。要點如下：

（1）建立統(tǒng)一的應急救援指揮體系，項目級指揮機構(gòu)由建設(shè)單位主要領(lǐng)導負責，各參建單位參加，同時，將當?shù)叵?、醫(yī)療等單位納入體系中。標段級、工區(qū)級指揮機構(gòu)分別由經(jīng)理部、工區(qū)的主要領(lǐng)導負責，設(shè)計、監(jiān)理單位參加。

（2）制定正式工程、臨時工程的應急預案。

（3）建立專業(yè)化救援隊伍。救援隊伍來源主要依托現(xiàn)有的工總、建總所屬的國家應急救援隊伍。參考國家級隧道應急救援隊裝備配置方案，為川藏鐵路專業(yè)救援隊伍配置通用、專業(yè)、輔助和個人救援設(shè)備。

（4）高原病和其他疾病搶救方案、隊伍、設(shè)備按醫(yī)療部門的意見辦理。

（5）工程建設(shè)期的應急救援基地、設(shè)備配置應考慮運營期的需求，一體安排。

●5.風險管控的技術(shù)措施

對于安全風險控制，涉及的技術(shù)主要有監(jiān)測、預報、通信、信息管理、智能施工設(shè)備、救援設(shè)備等。川藏鐵路安全風險控制的技術(shù)手段、技術(shù)裝備均應先進實用，并適應高原、高山環(huán)境，體系框架如圖5所示。從目前的技術(shù)成果和發(fā)展趨勢分析，應考慮以下技術(shù)措施。

圖5. 風險管控技術(shù)措施框架圖

（1）空天地一體化通信。利用北斗衛(wèi)星、4G公網(wǎng)通信?？辈煸O(shè)計和臨時工程建設(shè)階段，充分利用北斗衛(wèi)星通信，同時建設(shè)或完善建立川藏鐵路沿線的4G無線通信網(wǎng)絡，工程正式開工時實現(xiàn)公網(wǎng)全覆蓋。

隧道內(nèi)通信要研究新的信號傳輸技術(shù)，目前已提出使用無線骨干網(wǎng)與無線接入網(wǎng)兩級架構(gòu)、實現(xiàn)隧道內(nèi)信號全覆蓋的方案有新意，還應進行多方案比較確定。

（2）信息化工程管理平臺。建立應用BIM+GIS技術(shù)，圍繞工程建設(shè)的安全、質(zhì)量、進度等要素，具有對橋隧、路基、臨時工程、施工場地進行管理、追蹤、分析和決策功能的建設(shè)全壽命周期管理平臺，實現(xiàn)精準化管控。

（3）災害監(jiān)測。建立基于地面?zhèn)鞲衅鞯臍夂?、地質(zhì)災害監(jiān)測預警系統(tǒng)，包括傳感子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理與監(jiān)控子系統(tǒng)、輔助支持子系統(tǒng)等。其中傳感器應包括北斗接收機、雨量計、水壓力計、土壓力計、裂縫計、高清攝像機等。同時，研究空天地一體化災害監(jiān)控技術(shù)。

對于隧道內(nèi)地質(zhì)災害的監(jiān)測，除目前已使用的圍巖量測信息系統(tǒng)外，還要通過使用手機APP控制現(xiàn)場全站儀、智能終端數(shù)據(jù)錄入、介入盾構(gòu)機關(guān)鍵掘進參數(shù)、識別卡讀入等數(shù)據(jù)采集方式，收集現(xiàn)場數(shù)據(jù)，判識地質(zhì)災害發(fā)生的可能性。

（4）智能設(shè)備。隧道施工大量采用智能化隧道掘進機（TBM）、智能化鑿巖臺車、襯砌臺車、濕噴機械手等，還要研制隧道施工機械人。橋梁施工采用智能化起重機、打樁機等，還要研制適應裝配化施工的智能吊裝、焊接設(shè)備。

（5）救援設(shè)備。要配置無人機（UAV）、智能化救援設(shè)備。

●6.結(jié)論

本文綜合分析了川藏鐵路的自然環(huán)境、氣候條件、工程水文、工程地質(zhì)、設(shè)計標準、結(jié)構(gòu)類型、交通條件等，提出了川藏鐵路工程建設(shè)主要挑戰(zhàn)是“極端地質(zhì)災害、工程異常艱巨”。

根據(jù)自然環(huán)境和工程特點，川藏鐵路在建設(shè)期的主要安全風險可分為氣候災害、地質(zhì)災害、工程災害、高原災害4個方面，按工程類型分，川藏鐵路工程建設(shè)安全風險受危害最大的是臨時工程和隧道工程。

本文還提出了永久工程和臨時工程安全風險的一體化管理框架與關(guān)鍵要點，同時探討了包括空天地一體化通信、工程管理信息化平臺、災害監(jiān)測、救援設(shè)備等多手段的安全風險管控技術(shù)措施，為建立川藏鐵路工程建設(shè)安全風險管控體系提供了基礎(chǔ)支撐。