地下输水隧洞安全隐患分析及措施

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摘要:从我国地下工程运行管理实践来看，地下输水隧洞工程运行管理仍存在很多安全隐患，以北京市南水北调配套工程南干渠工程为例，在综合分析了工程运行中风险识别和影响的基础上，有针对性地提出了加大培训、加强技术支撑、完善工程信息化系统、提升工程运行管理能力、完善工程应急处置能力和加强安全管理力度等方面的应对措施，为确保首都地下输送工程安全供水和平稳运行提供管理经验。

关键词:输水隧洞工程；风险分析；风险评估；应对措施

随着我国城市化进程的加快，需水要求日益增加。作为首都的北京，随着京津冀城市一体化建设推进、城市供水格局逐渐由分散型供水向大规模集约化供水的转变，以及南水进京后逐步替代当地水源作为主要供水源，致使城市供水工程建设规模随之增大。为确保供水安全，加之城市用地限制，北京市近10年新建输水工程多采用地下输水隧洞的形式。从我国地下工程运行管理实践来看，地下输水隧洞工程运行管理中仍存在诸多安全隐患，就首都地区的水资源战略安全而言，保障首都城南地区地下输水隧洞工程的安全运行，实现风险管控至关重要。

1工程概况

北京市南水北调南干渠工程是北京市南水北调配套工程之一，全长26.82km。以京九铁路东侧为界分为上、下两段，上段（浅埋暗挖段）工程为2条DN3400mm隧洞，全长11.34km，下段（盾构段）工程为单条DN4700mm隧洞，全长15.48km。工程沿线分别设有1处调度中心、4处分水口、5处排空井和40处排气阀井等重要工程设施，见图1。南干渠工程承担向北京城市东部、南部地区的供水任务，是直接连接南水北调中线干线到郭公庄水厂、黄村水厂、亦庄水厂、第十水厂、通州水厂、新机场及大兴支线的输水管线[1-2]。南干渠隧洞采用一、二衬复合衬砌结构，上段双条隧洞工程采用浅埋暗挖工艺施工，一衬为25cm后喷射混凝土，二衬为现浇30cm厚钢筋混凝土，一衬和二衬之间设1.2mm厚EVA全断面防水板，防止内水外渗或外水内渗；下段单条隧洞工程采用盾构工艺施工，一衬为30cm厚盾构管片，二衬为35cm厚自密实钢筋混凝土结构，一衬与二衬之间设置导水材料，即隧洞纵向每隔12m设一道环向排水网垫，隧洞底部一衬与二衬之间全程设置5cm厚排水网垫，所有排水网垫均用无纺布包裹，见图2。南干渠工程盾构段设计采用排水理念，隧洞外渗入或隧洞内渗出的水量通过环向排水网垫、洞底排水网垫，汇集到设置在排气阀井内的集水井内统一抽排，集水井间距一般为500～800m，见图3。南干渠工程沿线设监测断面28个。埋设的监测仪器分别为土压力计、钢筋计、渗压计和混凝土变形计，其型号见表1。所有监测仪器均埋设在隧洞一衬和二衬之间。监测数据可实时读取。

2隐患分析

2.1安全要求。北京作为首都，是我国的政治中心，因此安全稳定工作尤为重要。2019年恰逢中华人民共和国成立70周年，在这一年里北京先后组织开展了中国北京世界园艺博览会、澳门特别行政区回归20周年纪念活动、第二届“一带一路”国际合作高峰论坛、亚太经济合作组织APEK成立30周年以及“”爆发100周年等重大庆典及外事活动，确保供水安全，是这一年供水工作的核心，作为承担主要供水任务的隧洞供水工程的安全生产形势尤为突出。郭公庄水厂和黄村水厂是北京城南地区最大的2个供水厂，担负着京南400万人的供水任务，南干渠工程作为2个水厂的唯一水源，其安全运行至关重要。2.2安全风险。（1）外部环境。南干渠工程均为地下隧洞，工程沿线仅有40座阀井处各有100m2的永久占地，无临时占地及其他用地，未修建工程巡线路，也未修建阀井与社会道路连接路等附加设施[3-4]。隧洞管顶上方保护范围内的土地归属于不同产权人，土地产权人可以自由使用其土地，其覆土情况见图4。南干渠工程紧邻西五环路南段和南五环路，大部分处于大兴新城北侧，随着城市建设的发展，各种穿跨越南干渠的工程必然影响其平稳运行。根据相关规划，机场地铁线、机场高速、京雄高速、京九铁路和综合管廊、大兴区及丰台区的再生水以及电力管道等与南干渠相交，目前仅机场地铁线下穿南干渠工程下段已完成施工，其余均未开展建设，这些工程的建设对南干渠工程的防渗及运行安全提出了更高的要求。由于南干渠工程管线上方保护范围内土地由当地村镇、单位自由使用，为工程管理埋下不可预知的风险。2017年11月下旬，工程沿线某加油站内，某单位未按规定程序报批就进行打井施工，致使南干渠工程隧洞结构被打穿，给工程运维带来突发风险事故问题。（2）工程自身。2014年10月，南干渠工程上段正式通水，运行至今，已近5年未开展整体大修工作，与各类设备（阀门为主）产品说明书要求的2年小修、5年大修存在较大差距。2017年工程分水口调流阀过水断面被水中杂物堵塞80%以上，造成设备严重气蚀，不得不冒险停水，返厂修复，这个事例说明，设备设施不能按时检修为工程安全运行增加了隐患。南干渠工程共有28个安全监测断面，平均间隔1km设置1个监测断面。主要包括渗压计和土压力计，其中渗压计埋设于浅埋暗挖段和盾构段隧洞一衬和二衬之间；土压力计埋设于浅埋暗挖段一衬外，盾构段未埋设土压力计[5]。南干渠工程输水线路长，输水隧洞口径属于超大，对安全监测技术要求高，建立健全较为完善的风险监测预警机制难度大[5-6]。根据2019年北京市大兴区和丰台区地下水位情况，见表2，南干渠工程沿线地下水埋深为17.61～23.26m，地下水位位于隧洞底部高程之下，部分洞底高程与地下水埋深较为接近。

3影响分析

在复杂、多变和不可预见的综合因素下，地下输水隧洞工程易导致诸多不稳定因素。上述安全隐患易导致的风险事件主要有几个方面。（1）工程设备损坏。比如调流阀已发生的局部防腐脱落、防腐表面起鼓、个别铜滑道裂纹以及阀体密封圈局部破损等问题，甚至出水口阀体密封圈内侧损坏严重。又比如南干渠工程上、下段检修期间，仅依靠1道DN3400mm工作蝶阀抵挡10m以上的水头，无检修蝶阀，安全系数低。（2）隧洞结构损伤。由于常年冲刷或隧洞内大量寻氏肌蛤Musculussenhousei（也称海瓜子）长期附着在隧洞内混凝土表面，破坏钢筋保护层。隧洞破损是可能影响工程正常运行的重大安全隐患，不仅会大大降低隧洞的使用寿命，严重时还会导致漏水，降低供水效率，甚至会引起周边区域淹没，造成一定的人员伤亡并带来重大的经济损失。同时，工程保护宣传仍存在死角、盲点。如2017年，南干渠工程隧洞发生过被钻孔设备打漏事件，直接导致工程停水检修[7]。

4原因分析

4.1设计因素。南干渠工程监测断面数不足，导致不能精准快速判断工程运行工况。如发生地面渗水现象，最近的安全监测断面距离在500m左右，无法快速、准确判断渗水点对应的地下隧洞内结构情况。4.2施工问题。南干渠工程输水隧洞存在距离长、接口多和管材种类不同等特点，对施工质量和工艺提出了较高的要求。南干渠工程均采用自密实混凝土，其缺点是混凝土内存在不稳定气泡，且自密实混凝土对施工要求较高，极端天气是自密实混凝土工作性和耐久性主要的破坏因素[8]。施工过程中，自密实混凝土很容易产生骨料下沉、泌水和离析等现象[9]，导致施工缝存在渗漏水风险，为工程通水运行留下安全隐患。4.3外部因素。社会人员对工程路由不清楚、对相关法律法规知之甚少、不按规定申报穿跨越工程及临时施工措施等情况，均为工程安全运行埋下隐患。

5应对措施

5.1提升设计整体性和系统性。对于地下输水暗涵工程，每日地面巡查是保护工程安全平稳运行的重要手段之一；因此，工程巡线路应在工程初设方案中给予考虑。考虑到长距离输水隧洞埋深5~30m、平均在10m以下，应加密设计安全监测断面，为工程快速处置应急事件提供技术支撑。另外，充分考虑首都供水安全重要性和水资源利用高效性，输水管道应以防渗设计为主，降低管道渗漏率，高效利用南水北调水资源。5.2加大培训力度和范围。涉及工程运行管理的正式职工和辅助人员均应定期接受安全生产教育培训，全面增强全体工作人员安全生产意识，进一步提升应急处置能力，杜绝和遏制事故发生。（1）例会培训。在安全生产例会上，对参会的科所负责人、兼职安全员、各项目负责人开展教育培训。安全生产教育培训应作为安全生产例会的一项重要内容。（2）全员培训。聘请安全生产专家，对全体职工和辅助人员进行安全生产教育培训，并提前制定培训计划。（3）科所培训。各科所每月对本科所职工要开展安全生产教育培训，包括传达安全会议精神、学习安全相关文件，培训内容要切合岗位职责、安全职责，要形成培训记录；对服务单位提供的人员进行专业岗位培训，包括岗位培训、中期培训与考核以及年底考核，促进辅助人员快速适应岗位职责，提高适应能力。（4）服务单位安全培训。各项目相关单位每月要对各自人员开展安全培训，要重点对消防、电气、安保、交通和特种作业相关人员进行培训。在开展各项特种作业之前，要对作业人员进行安全交底。5.3加强输水质管理。正常工况输水条件下，南干渠工程水源直接来源于南水北调工程大宁调压池。南水北调水从调压池进入隧洞内，易滋生藻类和其他微生物，易锈蚀管道，降低管道输水能力；因此，应根据水质及类似工程情况在大宁调压池内设置加氯设施。同时，增加细格拦污栅，防杂质流入管道，特别是塑料布、塑料瓶、树枝和树叶等。5.4提高运行管理能力。各个隧洞工程的运行管理单位针对各管理部门的职责、各类事务的行政程序已制定了较为完备的规章制度，并且是针对输水工程中的调流操作、阀门操作及发电机操作等规程，但是没有制定设备设施的维修养护和检修制度。确保输水隧洞工程安全运行最有效的办法是加强工程维修养护、加大日程巡查力度、加密穿跨越工程施工现场管理和精准调度水量。对工程沿线设备设施巡查监测及维护保养等工作进一步精细化管理，重点加强南干渠工程地下管线的风险管控，解决违法违规占压、标识不清、违章开挖和穿跨越等问题，确保工程运行安全和供水稳定。鉴于南干渠工程运行近5年未大修的实际情况，编制“南干渠工程日常工程维修养护作业标准”，细化工程和附属设备设施的维护作业内容、维护标准和频次；量化工程及其附属设备设施的日常检修、岁修和大修等工作内容和验收标准等，为定期停水检修提供基础支撑数据。增加巡查频次，加强夜间巡查，防止夜间施工行为发生。巡查要细致不留死角，重点对沿线排气阀井、排空井、违章占压以及穿（跨）越等进行巡查，发现问题及时上报；加强与执法部门的联动，针对保护范围内施工行为及违章占压行为做到及时发现、及时处理，确保工程运行安全平稳。为加强调度运行管理工作，建立统一、科学、协调和规范的调度管理机制。及时总结供水管理经验，加强与相关单位的沟通配合，根据工作实际和调度运行需要，抓培训促进调度专业化，抓制度促进作业正规化，努力提升工程管理、调度运行能力，做到调度指令执行准确、操作规范、反馈及时以及维护科学，保障供水安全。5.5提高工程应急处置能力。输水隧洞工程现有应急预案体系尚不完善，预案内容不完整，可操作性不强，缺乏合作协调；因此应完善应急预案，提高供水工程的应急响应能力。重视应急预案的修订工作，把应急预案看作是活的文件，在发生人员变动、新法律法规出台、工程应急演练以及遭破坏需抢险等情况后均应修订应急预案，并将应急预案的修订工作作为一项经常性业务。同时，通过制度建设、预案完善、落实应急抢险队伍、物资储备、培训教育和应急演练等方式，进一步完善管理部门的应急管理体系，提升实操能力。通过开展应急演练，查找应急预案中存在的问题，提高预案的实用性和针对性，完善应急机制，普及应急知识，明确人员职责，提高应对突发事件的处置能力。5.6加强安全管理力度。在遇节假日和重大事件时视情况召开安全生产工作部署会。安全生产例会上通报安全检查结果，提出隐患整改要求，传达上级文件精神，部署下一步安全工作，要做到安全责任、管理、投入、培训和应急救援“五到位”。定期开展安全保卫、消防、交通、反恐、维稳、生产作业、设备设施和施工等隐患的排查治理，同时不定期开展节假日、重大活动安全检查、特种作业、特种设备、消防安全与防汛安全等专项安全检查，并根据检查中发现的隐患逐项查找相关依据，能立即整改的隐患及时整改，不能立即整改的隐患做到整改措施、整改责任人、整改期限、整改资金和应急预案“五落实”，同时建立隐患台账，监督落实隐患整改。

6结束语

北京市南水北调南干渠工程已平稳运行4年多，满足郭公庄水厂和黄村水厂的用水需求，输水水质稳定达标，首都市民普遍满意；但是依然存在诸多安全隐患。为切实保障北京城南地区的饮用水安全，本文对以南干渠工程为例对地下输水隧洞工程运行风险控制及管理措施进行了初步研究，日后将侧重于加强技术支撑和完善工程建设，为最终形成一套完备的风险控制管理方案提供思路。

作者:陶海军 单位:北京市南水北调南干渠管理处