地下輸水隧洞安全隱患分析及措施

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摘要:從我國地下工程運行管理實踐來看，地下輸水隧洞工程運行管理仍存在很多安全隱患，以北京市南水北調配套工程南干渠工程為例，在綜合分析了工程運行中風險識別和影響的基礎上，有針對性地提出了加大培訓、加強技術支撐、完善工程信息化系統、提升工程運行管理能力、完善工程應急處置能力和加強安全管理力度等方面的應對措施，為確保首都地下輸送工程安全供水和平穩運行提供管理經驗。

關鍵詞:輸水隧洞工程；風險分析；風險評估；應對措施

隨著我國城市化進程的加快，需水要求日益增加。作為首都的北京，隨著京津冀城市一體化建設推進、城市供水格局逐漸由分散型供水向大規模集約化供水的轉變，以及南水進京后逐步替代當地水源作為主要供水源，致使城市供水工程建設規模隨之增大。為確保供水安全，加之城市用地限制，北京市近10年新建輸水工程多采用地下輸水隧洞的形式。從我國地下工程運行管理實踐來看，地下輸水隧洞工程運行管理中仍存在諸多安全隱患，就首都地區的水資源戰略安全而言，保障首都城南地區地下輸水隧洞工程的安全運行，實現風險管控至關重要。

1工程概況

北京市南水北調南干渠工程是北京市南水北調配套工程之一，全長26.82km。以京九鐵路東側為界分為上、下兩段，上段（淺埋暗挖段）工程為2條DN3400mm隧洞，全長11.34km，下段（盾構段）工程為單條DN4700mm隧洞，全長15.48km。工程沿線分別設有1處調度中心、4處分水口、5處排空井和40處排氣閥井等重要工程設施，見圖1。南干渠工程承擔向北京城市東部、南部地區的供水任務，是直接連接南水北調中線干線到郭公莊水廠、黃村水廠、亦莊水廠、第十水廠、通州水廠、新機場及大興支線的輸水管線[1-2]。南干渠隧洞采用一、二襯復合襯砌結構，上段雙條隧洞工程采用淺埋暗挖工藝施工，一襯為25cm后噴射混凝土，二襯為現澆30cm厚鋼筋混凝土，一襯和二襯之間設1.2mm厚EVA全斷面防水板，防止內水外滲或外水內滲；下段單條隧洞工程采用盾構工藝施工，一襯為30cm厚盾構管片，二襯為35cm厚自密實鋼筋混凝土結構，一襯與二襯之間設置導水材料，即隧洞縱向每隔12m設一道環向排水網墊，隧洞底部一襯與二襯之間全程設置5cm厚排水網墊，所有排水網墊均用無紡布包裹，見圖2。南干渠工程盾構段設計采用排水理念，隧洞外滲入或隧洞內滲出的水量通過環向排水網墊、洞底排水網墊，匯集到設置在排氣閥井內的集水井內統一抽排，集水井間距一般為500～800m，見圖3。南干渠工程沿線設監測斷面28個。埋設的監測儀器分別為土壓力計、鋼筋計、滲壓計和混凝土變形計，其型號見表1。所有監測儀器均埋設在隧洞一襯和二襯之間。監測數據可實時讀取。

2隱患分析

2.1安全要求。北京作為首都，是我國的政治中心，因此安全穩定工作尤為重要。2019年恰逢中華人民共和國成立70周年，在這一年里北京先后組織開展了中國北京世界園藝博覽會、澳門特別行政區回歸20周年紀念活動、第二屆“一帶一路”國際合作高峰論壇、亞太經濟合作組織APEK成立30周年以及“”爆發100周年等重大慶典及外事活動，確保供水安全，是這一年供水工作的核心，作為承擔主要供水任務的隧洞供水工程的安全生產形勢尤為突出。郭公莊水廠和黃村水廠是北京城南地區最大的2個供水廠，擔負著京南400萬人的供水任務，南干渠工程作為2個水廠的唯一水源，其安全運行至關重要。2.2安全風險。（1）外部環境。南干渠工程均為地下隧洞，工程沿線僅有40座閥井處各有100m2的永久占地，無臨時占地及其他用地，未修建工程巡線路，也未修建閥井與社會道路連接路等附加設施[3-4]。隧洞管頂上方保護范圍內的土地歸屬于不同產權人，土地產權人可以自由使用其土地，其覆土情況見圖4。南干渠工程緊鄰西五環路南段和南五環路，大部分處于大興新城北側，隨著城市建設的發展，各種穿跨越南干渠的工程必然影響其平穩運行。根據相關規劃，機場地鐵線、機場高速、京雄高速、京九鐵路和綜合管廊、大興區及豐臺區的再生水以及電力管道等與南干渠相交，目前僅機場地鐵線下穿南干渠工程下段已完成施工，其余均未開展建設，這些工程的建設對南干渠工程的防滲及運行安全提出了更高的要求。由于南干渠工程管線上方保護范圍內土地由當地村鎮、單位自由使用，為工程管理埋下不可預知的風險。2017年11月下旬，工程沿線某加油站內，某單位未按規定程序報批就進行打井施工，致使南干渠工程隧洞結構被打穿，給工程運維帶來突發風險事故問題。（2）工程自身。2014年10月，南干渠工程上段正式通水，運行至今，已近5年未開展整體大修工作，與各類設備（閥門為主）產品說明書要求的2年小修、5年大修存在較大差距。2017年工程分水口調流閥過水斷面被水中雜物堵塞80%以上，造成設備嚴重氣蝕，不得不冒險停水，返廠修復，這個事例說明，設備設施不能按時檢修為工程安全運行增加了隱患。南干渠工程共有28個安全監測斷面，平均間隔1km設置1個監測斷面。主要包括滲壓計和土壓力計，其中滲壓計埋設于淺埋暗挖段和盾構段隧洞一襯和二襯之間；土壓力計埋設于淺埋暗挖段一襯外，盾構段未埋設土壓力計[5]。南干渠工程輸水線路長，輸水隧洞口徑屬于超大，對安全監測技術要求高，建立健全較為完善的風險監測預警機制難度大[5-6]。根據2019年北京市大興區和豐臺區地下水位情況，見表2，南干渠工程沿線地下水埋深為17.61～23.26m，地下水位位于隧洞底部高程之下，部分洞底高程與地下水埋深較為接近。

3影響分析

在復雜、多變和不可預見的綜合因素下，地下輸水隧洞工程易導致諸多不穩定因素。上述安全隱患易導致的風險事件主要有幾個方面。（1）工程設備損壞。比如調流閥已發生的局部防腐脫落、防腐表面起鼓、個別銅滑道裂紋以及閥體密封圈局部破損等問題，甚至出水口閥體密封圈內側損壞嚴重。又比如南干渠工程上、下段檢修期間，僅依靠1道DN3400mm工作蝶閥抵擋10m以上的水頭，無檢修蝶閥，安全系數低。（2）隧洞結構損傷。由于常年沖刷或隧洞內大量尋氏肌蛤Musculussenhousei（也稱海瓜子）長期附著在隧洞內混凝土表面，破壞鋼筋保護層。隧洞破損是可能影響工程正常運行的重大安全隱患，不僅會大大降低隧洞的使用壽命，嚴重時還會導致漏水，降低供水效率，甚至會引起周邊區域淹沒，造成一定的人員傷亡并帶來重大的經濟損失。同時，工程保護宣傳仍存在死角、盲點。如2017年，南干渠工程隧洞發生過被鉆孔設備打漏事件，直接導致工程停水檢修[7]。

4原因分析

4.1設計因素。南干渠工程監測斷面數不足，導致不能精準快速判斷工程運行工況。如發生地面滲水現象，最近的安全監測斷面距離在500m左右，無法快速、準確判斷滲水點對應的地下隧洞內結構情況。4.2施工問題。南干渠工程輸水隧洞存在距離長、接口多和管材種類不同等特點，對施工質量和工藝提出了較高的要求。南干渠工程均采用自密實混凝土，其缺點是混凝土內存在不穩定氣泡，且自密實混凝土對施工要求較高，極端天氣是自密實混凝土工作性和耐久性主要的破壞因素[8]。施工過程中，自密實混凝土很容易產生骨料下沉、泌水和離析等現象[9]，導致施工縫存在滲漏水風險，為工程通水運行留下安全隱患。4.3外部因素。社會人員對工程路由不清楚、對相關法律法規知之甚少、不按規定申報穿跨越工程及臨時施工措施等情況，均為工程安全運行埋下隱患。

5應對措施

5.1提升設計整體性和系統性。對于地下輸水暗涵工程，每日地面巡查是保護工程安全平穩運行的重要手段之一；因此，工程巡線路應在工程初設方案中給予考慮。考慮到長距離輸水隧洞埋深5~30m、平均在10m以下，應加密設計安全監測斷面，為工程快速處置應急事件提供技術支撐。另外，充分考慮首都供水安全重要性和水資源利用高效性，輸水管道應以防滲設計為主，降低管道滲漏率，高效利用南水北調水資源。5.2加大培訓力度和范圍。涉及工程運行管理的正式職工和輔助人員均應定期接受安全生產教育培訓，全面增強全體工作人員安全生產意識，進一步提升應急處置能力，杜絕和遏制事故發生。（1）例會培訓。在安全生產例會上，對參會的科所負責人、兼職安全員、各項目負責人開展教育培訓。安全生產教育培訓應作為安全生產例會的一項重要內容。（2）全員培訓。聘請安全生產專家，對全體職工和輔助人員進行安全生產教育培訓，并提前制定培訓計劃。（3）科所培訓。各科所每月對本科所職工要開展安全生產教育培訓，包括傳達安全會議精神、學習安全相關文件，培訓內容要切合崗位職責、安全職責，要形成培訓記錄；對服務單位提供的人員進行專業崗位培訓，包括崗位培訓、中期培訓與考核以及年底考核，促進輔助人員快速適應崗位職責，提高適應能力。（4）服務單位安全培訓。各項目相關單位每月要對各自人員開展安全培訓，要重點對消防、電氣、安保、交通和特種作業相關人員進行培訓。在開展各項特種作業之前，要對作業人員進行安全交底。5.3加強輸水質管理。正常工況輸水條件下，南干渠工程水源直接來源于南水北調工程大寧調壓池。南水北調水從調壓池進入隧洞內，易滋生藻類和其他微生物，易銹蝕管道，降低管道輸水能力；因此，應根據水質及類似工程情況在大寧調壓池內設置加氯設施。同時，增加細格攔污柵，防雜質流入管道，特別是塑料布、塑料瓶、樹枝和樹葉等。5.4提高運行管理能力。各個隧洞工程的運行管理單位針對各管理部門的職責、各類事務的行政程序已制定了較為完備的規章制度，并且是針對輸水工程中的調流操作、閥門操作及發電機操作等規程，但是沒有制定設備設施的維修養護和檢修制度。確保輸水隧洞工程安全運行最有效的辦法是加強工程維修養護、加大日程巡查力度、加密穿跨越工程施工現場管理和精準調度水量。對工程沿線設備設施巡查監測及維護保養等工作進一步精細化管理，重點加強南干渠工程地下管線的風險管控，解決違法違規占壓、標識不清、違章開挖和穿跨越等問題，確保工程運行安全和供水穩定。鑒于南干渠工程運行近5年未大修的實際情況，編制“南干渠工程日常工程維修養護作業標準”，細化工程和附屬設備設施的維護作業內容、維護標準和頻次；量化工程及其附屬設備設施的日常檢修、歲修和大修等工作內容和驗收標準等，為定期停水檢修提供基礎支撐數據。增加巡查頻次，加強夜間巡查，防止夜間施工行為發生。巡查要細致不留死角，重點對沿線排氣閥井、排空井、違章占壓以及穿（跨）越等進行巡查，發現問題及時上報；加強與執法部門的聯動，針對保護范圍內施工行為及違章占壓行為做到及時發現、及時處理，確保工程運行安全平穩。為加強調度運行管理工作，建立統一、科學、協調和規范的調度管理機制。及時總結供水管理經驗，加強與相關單位的溝通配合，根據工作實際和調度運行需要，抓培訓促進調度專業化，抓制度促進作業正規化，努力提升工程管理、調度運行能力，做到調度指令執行準確、操作規范、反饋及時以及維護科學，保障供水安全。5.5提高工程應急處置能力。輸水隧洞工程現有應急預案體系尚不完善，預案內容不完整，可操作性不強，缺乏合作協調；因此應完善應急預案，提高供水工程的應急響應能力。重視應急預案的修訂工作，把應急預案看作是活的文件，在發生人員變動、新法律法規出臺、工程應急演練以及遭破壞需搶險等情況后均應修訂應急預案，并將應急預案的修訂工作作為一項經常性業務。同時，通過制度建設、預案完善、落實應急搶險隊伍、物資儲備、培訓教育和應急演練等方式，進一步完善管理部門的應急管理體系，提升實操能力。通過開展應急演練，查找應急預案中存在的問題，提高預案的實用性和針對性，完善應急機制，普及應急知識，明確人員職責，提高應對突發事件的處置能力。5.6加強安全管理力度。在遇節假日和重大事件時視情況召開安全生產工作部署會。安全生產例會上通報安全檢查結果，提出隱患整改要求，傳達上級文件精神，部署下一步安全工作，要做到安全責任、管理、投入、培訓和應急救援“五到位”。定期開展安全保衛、消防、交通、反恐、維穩、生產作業、設備設施和施工等隱患的排查治理，同時不定期開展節假日、重大活動安全檢查、特種作業、特種設備、消防安全與防汛安全等專項安全檢查，并根據檢查中發現的隱患逐項查找相關依據，能立即整改的隱患及時整改，不能立即整改的隱患做到整改措施、整改責任人、整改期限、整改資金和應急預案“五落實”，同時建立隱患臺賬，監督落實隱患整改。

6結束語

北京市南水北調南干渠工程已平穩運行4年多，滿足郭公莊水廠和黃村水廠的用水需求，輸水水質穩定達標，首都市民普遍滿意；但是依然存在諸多安全隱患。為切實保障北京城南地區的飲用水安全，本文對以南干渠工程為例對地下輸水隧洞工程運行風險控制及管理措施進行了初步研究，日后將側重于加強技術支撐和完善工程建設，為最終形成一套完備的風險控制管理方案提供思路。

作者:陶海軍 單位:北京市南水北調南干渠管理處