康 佐

(西安市地下鐵道有限責(zé)任公司,710016,西安∥工程師)

西安地鐵2號(hào)線區(qū)間隧道風(fēng)險(xiǎn)剖析與規(guī)避對(duì)策

康 佐

(西安市地下鐵道有限責(zé)任公司,710016,西安∥工程師)

由風(fēng)險(xiǎn)管理理念入手,針對(duì)黃土地區(qū)的地質(zhì)特性,從西安地鐵建設(shè)周邊環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)、施工措施保證風(fēng)險(xiǎn)、區(qū)間隧道設(shè)計(jì)施工風(fēng)險(xiǎn)控制點(diǎn)等入手,剖析了各風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)位置,并根據(jù)實(shí)際提出一些有效的規(guī)避對(duì)策。結(jié)合目前西安地鐵2號(hào)線開工建設(shè)以來(lái)的工程實(shí)際情況,強(qiáng)調(diào)了隧道周邊外部環(huán)境對(duì)地鐵區(qū)間的安全影響性,指出了黃土地區(qū)暗挖隧道工程降水輔助措施的重要性,提出了事前剖析風(fēng)險(xiǎn)源的工作意識(shí),給出了暗挖隧道和盾構(gòu)隧道施工過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)節(jié)點(diǎn)以及相應(yīng)的規(guī)避思路。從設(shè)計(jì)和施工雙重角度揭示了西安地鐵區(qū)間隧道的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)。

地鐵;隧道工程;黃土地區(qū);風(fēng)險(xiǎn)管理;規(guī)避對(duì)策

Author's addressXi'an Metro Co.,Ltd.,710016,Xi'an,China

西安地鐵2號(hào)線從鐵路北客站至?xí)怪行恼?長(zhǎng)延堡站)共有16個(gè)區(qū)間。其中盾構(gòu)區(qū)間有11個(gè),非盾溝暗挖區(qū)間有5個(gè)。共穿越了11條地裂縫(包括新生f10-1地裂縫)。

風(fēng)險(xiǎn)管理是針對(duì)可能發(fā)生災(zāi)害的人、事、物預(yù)先加以處理、管制,以達(dá)防患于未然的目的。針對(duì)西安地鐵2號(hào)線區(qū)間隧道開展風(fēng)險(xiǎn)剖析也是實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)管理理念的舉措之一。在信息化發(fā)達(dá)的現(xiàn)代施工中,開展過(guò)程管理和事前預(yù)測(cè)將對(duì)減少工程事故有著十分重要的意義。2007年,鐵道部在《關(guān)于加強(qiáng)鐵路隧道工程安全工作的若干意見》的專項(xiàng)文件中就強(qiáng)調(diào)了風(fēng)險(xiǎn)管理的重要性,明確風(fēng)險(xiǎn)管理應(yīng)從建立風(fēng)險(xiǎn)管理制度、規(guī)范風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工作和做好風(fēng)險(xiǎn)防范工作等三個(gè)方面來(lái)深入開展。西安地鐵地處黃土地區(qū),特殊的地質(zhì)環(huán)境構(gòu)建了其一系列具有區(qū)域特點(diǎn)的風(fēng)險(xiǎn)環(huán)節(jié)。

地鐵隧道的安全、經(jīng)濟(jì)和正常使用,與其所在的地質(zhì)環(huán)境有著密切的聯(lián)系。西安位于渭河盆地中部,地質(zhì)復(fù)雜,既有濕陷性黃土,又有飽和軟黃土等。所有這些不良地質(zhì)環(huán)境將對(duì)地鐵工程的修建及運(yùn)營(yíng)產(chǎn)生較大影響。隧道工程與其他工程項(xiàng)目相比,具有隱蔽性、復(fù)雜性和不確定性等特點(diǎn),其投資風(fēng)險(xiǎn)大,無(wú)論是設(shè)計(jì)、施工、決策都會(huì)遇到很多困難和障礙。對(duì)地鐵區(qū)間隧道而言,地面交通、周邊建筑、上覆管線、地質(zhì)環(huán)境等都會(huì)影響其施工和運(yùn)營(yíng)的安全性,應(yīng)做到事先剖析、合理規(guī)避。因此,對(duì)西安地鐵區(qū)間隧道開展風(fēng)險(xiǎn)歸納剖析,是制定正確風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)規(guī)避對(duì)策的根本,也是保質(zhì)保量按期完成地鐵施工任務(wù)的有力保障。

1 西安地鐵2號(hào)線區(qū)間隧道風(fēng)險(xiǎn)剖析與規(guī)避對(duì)策

西安地鐵2號(hào)線區(qū)間隧道風(fēng)險(xiǎn)主要分周邊環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)、施工措施保證風(fēng)險(xiǎn)、施工工法工序轉(zhuǎn)換風(fēng)險(xiǎn)等。周邊環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)主要包括地質(zhì)情況、地下管線、黃土陷穴和人防空洞、地鐵沿線建(構(gòu))筑物;施工措施保證風(fēng)險(xiǎn)主要包括有效降水、超前探測(cè)、過(guò)程監(jiān)測(cè)和注漿功效;施工工法工序轉(zhuǎn)換風(fēng)險(xiǎn)主要指暗挖和盾構(gòu)隧道施工過(guò)程中的節(jié)點(diǎn)控制風(fēng)險(xiǎn)。

1.1 周邊環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)及其規(guī)避對(duì)策

1.1.1 地下管線

地鐵施工不可避免要在管線繁多的地面下進(jìn)行。根據(jù)西安地鐵2號(hào)線開工至今積累的現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)可見,區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)附近的排水、給水管涵因滲水導(dǎo)致表層濕陷性黃土結(jié)構(gòu)破壞,是區(qū)間隧道施工過(guò)程中的重大風(fēng)險(xiǎn)源之一。地下管線的滲漏由于其發(fā)生的偶然性和不為人先知性,往往在發(fā)生明顯破壞癥狀后才會(huì)引起人們重視。

對(duì)地下管線的風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避應(yīng)從以下7個(gè)方面來(lái)實(shí)現(xiàn):

1)整合既有人力、物力資源,成立必要的協(xié)調(diào)機(jī)構(gòu)和協(xié)調(diào)制度。

2)制定信息通報(bào)制度,提前發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)征兆并積極采取應(yīng)對(duì)措施。

3)仔細(xì)、認(rèn)真地完成對(duì)管線現(xiàn)狀的調(diào)查,劃分施工敏感區(qū)域。

4)對(duì)于緊急情況下的預(yù)案應(yīng)落實(shí)到單位、工班,并應(yīng)編制可操作工序指導(dǎo)作業(yè)書(條件允許時(shí)可進(jìn)行管線加固預(yù)案演習(xí))。

5)對(duì)施工監(jiān)控測(cè)量數(shù)據(jù),應(yīng)及時(shí)、認(rèn)真地進(jìn)行分析和處理,并需書面通知有關(guān)各方。建議檢測(cè)工作最好由產(chǎn)權(quán)單位自行檢測(cè)管理直至該區(qū)段施工完畢。

6)施工前應(yīng)對(duì)提供的管線資料進(jìn)行核實(shí),對(duì)周邊環(huán)境做到心中有數(shù),如遇到與資料不符的應(yīng)立即通知各方。

7)施工方法及后期施工組織設(shè)計(jì)應(yīng)考慮盡量縮短工期,及時(shí)完成永久內(nèi)襯結(jié)構(gòu),減少對(duì)周邊工程環(huán)境影響的時(shí)間。

1.1.2 黃土陷穴和地下人防空洞

黃土地區(qū)因其自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn),在長(zhǎng)期地下水影響作用下易形成黃土陷穴。這些空洞,對(duì)地鐵區(qū)間隧道,尤其是盾構(gòu)隧道的正常掘進(jìn)帶來(lái)了很大威脅。此外,西安作為古城,歷史的原因使其地下人防工事較多,一定程度上影響到了地鐵隧道工程的正常施作。對(duì)于地下黃土陷穴和人防空洞,建議在區(qū)間地鐵隧道施工之前,在線路沿線利用地質(zhì)探測(cè)雷達(dá)對(duì)空洞進(jìn)行超前探測(cè)。對(duì)發(fā)現(xiàn)的黃土陷穴可采用黃土水泥漿填充,對(duì)于人防空洞則可以根據(jù)實(shí)際情況,采取開挖回填混凝土的方式對(duì)空洞體進(jìn)行密實(shí)填充,從而排除地鐵隧道偏壓和失壓的危險(xiǎn)。

1.2 施工措施保證風(fēng)險(xiǎn)及其規(guī)避對(duì)策

西安地鐵區(qū)間隧道的施工措施中以保證降水效果為首要。根據(jù)西安地鐵2號(hào)線多個(gè)區(qū)間的現(xiàn)場(chǎng)施工情況來(lái)看,凡是降水效果較好或地下水位較低的區(qū)段,其隧道開挖作業(yè)面環(huán)境均能滿足設(shè)計(jì)要求。雖然西安市基坑降水深度大于10 m的案例較少,但在認(rèn)真開展降水措施、科學(xué)合理組織降水作業(yè)的前提下,降深16 m的降水施工措施也能基本保證實(shí)現(xiàn)。而對(duì)于降水大于16 m的基坑或地下工程,則應(yīng)結(jié)合其他輔助措施進(jìn)行局部堵水方可正常實(shí)施。綜合上述降水情況和在施工中實(shí)際風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的概率情況,可對(duì)當(dāng)前的降水實(shí)施過(guò)程得出以下規(guī)避對(duì)策:

1)鑒于黃土地區(qū)土體在無(wú)水環(huán)境下的良好直立性,在進(jìn)行地鐵區(qū)間隧道開挖過(guò)程中要認(rèn)真開展降水施工及采取相應(yīng)的輔助措施,應(yīng)從根本上認(rèn)識(shí)其重要性和必要性。

2)黃土地區(qū)的降水作業(yè)有其地域特性,因此開展相應(yīng)輔助措施的施作必須由專業(yè)的降水隊(duì)伍進(jìn)行。對(duì)降水措施進(jìn)行專業(yè)分包將大大增加降水效益。

3)為更加真實(shí)地監(jiān)測(cè)降水情況,全線降水工程均須打設(shè)專門的降水觀測(cè)井。

1.3 施工工法工序轉(zhuǎn)換風(fēng)險(xiǎn)及其規(guī)避對(duì)策

1.3.1 暗挖隧道

西安地鐵2號(hào)線暗挖隧道涉及到的特殊斷面有雙聯(lián)拱隧道、三聯(lián)拱隧道、大斷面與小斷面隧道變換、小凈距平行隧道等。如何在施工中體現(xiàn)設(shè)計(jì)的初衷,是保證上述特殊斷面安全開挖的關(guān)鍵。因此,應(yīng)在施工前對(duì)各斷面進(jìn)行充分的風(fēng)險(xiǎn)剖析,并初步預(yù)測(cè)風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)易發(fā)生的節(jié)點(diǎn)位置。

1.3.1.1 雙聯(lián)拱隧道的開挖與支護(hù)

圖1 區(qū)間聯(lián)絡(luò)線段雙聯(lián)拱隧道平面示意圖(單位:mm)

1.3.1.2 三聯(lián)拱隧道的開挖與支護(hù)

如圖2所示,E斷面開挖結(jié)束,封閉掌子面,開挖三聯(lián)拱右側(cè)中洞,澆筑中隔墻;臺(tái)階法開挖右洞,并施做右洞二襯及防水;右線繼續(xù)開挖標(biāo)準(zhǔn)A斷面;左線標(biāo)準(zhǔn)A斷面開挖至與三聯(lián)拱分界處時(shí),封閉掌子面;通過(guò)4 m漸變段開挖左側(cè)中洞并施作中隔墻;對(duì)4 m漸變段進(jìn)行返挖;臺(tái)階法開挖左洞,并施做右洞二襯及防水;臺(tái)階法開挖中間部分土體,澆筑底板和拱部混凝土;待三聯(lián)拱斷面封閉成環(huán)并達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后,左線繼續(xù)開挖E斷面。

圖2 區(qū)間渡線段三聯(lián)拱隧道平面示意圖(單位:mm)

1.3.1.3 大、小斷面隧道變換的開挖支護(hù)

大斷面隧道向小斷面隧道變化采用在大斷面隧道端頭墻上按小斷面隧道開挖輪廓線直接開洞的方法進(jìn)行。

小斷面隧道向大斷面隧道過(guò)渡時(shí),開挖面積較為接近,因此采取漸變過(guò)渡的施工方法。在小斷面隧道施工至與大斷面隧道相接里程前4 m時(shí),采用提前爬高、加寬至大斷面,形成一漸變過(guò)渡段的方法完成小斷面向大斷面的過(guò)渡(如圖3所示)。

1.3.1.4 小凈距平行隧道施工方案設(shè)計(jì)

如圖4、5所示,區(qū)間渡線及聯(lián)絡(luò)線段左、右線隧道之間均為軟弱土體(飽和軟土、老黃土),土體最薄處僅1.1 m寬。為保證施工安全和土體的穩(wěn)定性,必須對(duì)土體進(jìn)行加固處理。寬為1.1～3.0 m范圍內(nèi)的土體均需加固。其中渡線段所示土體加固范圍視現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)情況,必要時(shí)可擴(kuò)大到D斷面與A斷面所夾土體范圍。

為什么要堅(jiān)持“早上四點(diǎn)起床”呢？這是為了在上午完成上司交給你的工作，然后在下午開始鋪墊新工作。能否靈活運(yùn)用一大早時(shí)間，是能干的人與不能干的人之間的分水嶺。對(duì)上班族來(lái)說(shuō)，充分利用早晨尤為重要。半天干完全天活，人生的順逐就從早晨四點(diǎn)開始。關(guān)鍵并不在于“早起”，而是重新審視“早晨的靈活用法”。

圖3 區(qū)間渡線段大、小斷面隧道變換處平面示意圖(單位:mm)

圖4 區(qū)間渡線段小凈距平行隧道平面示意圖(單位:mm)

圖5 區(qū)間聯(lián)絡(luò)線段小凈距平行隧道平面示意圖(單位:mm)

1.3.1.5 其他需要注意的事項(xiàng)

1)暗挖段面工序轉(zhuǎn)換過(guò)程要加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè),必須等監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)穩(wěn)定后方可進(jìn)行下一步施工。

2)不同工法之間的轉(zhuǎn)換和工序銜接要簡(jiǎn)便明了,盡量減少轉(zhuǎn)換時(shí)間。當(dāng)一種工法向另一種工法過(guò)渡時(shí),要對(duì)暫時(shí)停下的掌子面進(jìn)行封閉。開口時(shí)要加強(qiáng)超前注漿和銜接處的初期支護(hù)。

3)工序轉(zhuǎn)換之前必須確保上一步工序已經(jīng)達(dá)到強(qiáng)度要求。

4)設(shè)置臨時(shí)支撐的大斷面工序的轉(zhuǎn)換過(guò)程中,拆除臨時(shí)支撐需要跳孔拆除,并且要跟蹤監(jiān)測(cè);如有異常應(yīng)立即停止拆除,并進(jìn)行加固處理,必要時(shí)進(jìn)行換撐處理。

5)工序轉(zhuǎn)換要確保聯(lián)拱隧道連接部位的處理,要保證連接剛度,同時(shí)做好防水。因?yàn)檫B接部位是防水的薄弱環(huán)節(jié)。

1.3.2 盾構(gòu)隧道

盾構(gòu)隧道施工不僅在西安地鐵是第一次使用,而且在黃土地區(qū)也是第一次采用,因此其施工適應(yīng)性一直為人關(guān)注,尤其是在充滿文化底蘊(yùn)的古城西安,盾構(gòu)施工不僅存在共有的風(fēng)險(xiǎn),還存在一些地域性風(fēng)險(xiǎn)。

1.3.2.1 地質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性風(fēng)險(xiǎn)

由于地質(zhì)勘探的局限性,盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中遇到未預(yù)測(cè)到的不良地質(zhì)和地下障礙物的風(fēng)險(xiǎn)較大。此外,西安作為文化古城,其地下古墓或人防空洞將對(duì)盾構(gòu)正常作業(yè)帶來(lái)風(fēng)險(xiǎn)。為此,在盾構(gòu)施工前應(yīng)完成以下工作:

1)工程施工前,通過(guò)補(bǔ)充地質(zhì)鉆孔和回聲測(cè)深儀,進(jìn)一步查清地質(zhì)條件和覆土厚度,為盾構(gòu)機(jī)選型、盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)的選取及制定相應(yīng)的輔助措施提供第一手準(zhǔn)確資料。

2)盾構(gòu)機(jī)本身設(shè)有超前鉆機(jī)及超聲波等超前地質(zhì)探測(cè)裝置,在施工中應(yīng)進(jìn)一步對(duì)工作面前方的地層進(jìn)行探測(cè),以便早發(fā)現(xiàn)、早處理。

1.3.2.2 盾構(gòu)機(jī)適應(yīng)性和可靠性風(fēng)險(xiǎn)

盾構(gòu)機(jī)的類型及其施工的可靠性,包括保持開挖面的穩(wěn)定、切削刀盤的種類、出土方式、主軸的扭矩、推進(jìn)能力以及最為關(guān)鍵的盾構(gòu)機(jī)械的密封性能等,均應(yīng)緊密結(jié)合工程地質(zhì)、水文地質(zhì)等條件進(jìn)行認(rèn)真研究、比選。盾構(gòu)機(jī)選用正確與否關(guān)系到工程的成敗。

1.3.2.3 盾構(gòu)進(jìn)出洞的施工風(fēng)險(xiǎn)

目前,國(guó)內(nèi)盾構(gòu)法隧道的多起事故均發(fā)生在盾構(gòu)進(jìn)出洞上,主要包括盾構(gòu)進(jìn)出洞端頭地層的加固方案、加固范圍,以及盾構(gòu)進(jìn)出洞盾構(gòu)姿態(tài)的控制、土壓的平衡等。選擇合理可靠的端頭地層加固方案及良好可靠的密封止水裝置,對(duì)盾構(gòu)安全進(jìn)出洞至關(guān)重要。

1.3.2.4 開挖面有障礙物的施工風(fēng)險(xiǎn)

盾構(gòu)推進(jìn)的工作面前方可能會(huì)出現(xiàn)各類障礙物,如廢棄鋼筋混凝土樁、舊橋臺(tái)、人防工事等,會(huì)造成盾構(gòu)機(jī)較大的破損甚至無(wú)法正常推進(jìn)。在西安地鐵盾構(gòu)施工過(guò)程中,尤其要注意隧道兩側(cè)建筑物在建設(shè)期間的基坑支護(hù)錨桿、錨索對(duì)盾構(gòu)掘進(jìn)刀盤的安全影響。在西安地鐵2號(hào)線北大街——鐘樓的盾構(gòu)區(qū)間,已對(duì)侵入隧道主體的錨索進(jìn)行了拔除操作。

2 結(jié)語(yǔ)

1)本文由風(fēng)險(xiǎn)管理理念入手,從西安地鐵2號(hào)線建設(shè)的周邊環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)、施工措施保證風(fēng)險(xiǎn)、區(qū)間隧道施工工法工序轉(zhuǎn)換風(fēng)險(xiǎn)控制點(diǎn)等入手剖析了各風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)位置,并根據(jù)實(shí)際提出一些有效的規(guī)避對(duì)策。

2)降水問(wèn)題應(yīng)引起足夠的重視。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況,凡是降水效果較好的區(qū)間,均開展了相關(guān)施工方案和降水方案的專家評(píng)審工作,降水均由專業(yè)隊(duì)伍負(fù)責(zé)實(shí)施。良好的降水效果能直接促使隧道掘進(jìn)安全性大大提高、掌子面作業(yè)環(huán)境良好,工程進(jìn)度和質(zhì)量均能得到有效保障。

3)隧道開挖應(yīng)具有超前意識(shí),應(yīng)對(duì)地鐵隧道各區(qū)間存在的風(fēng)險(xiǎn)源進(jìn)行透徹的分析。風(fēng)險(xiǎn)源的提前識(shí)別對(duì)突發(fā)意外事故的緊急排查和事先預(yù)防都有相當(dāng)重要的意義。對(duì)于暗挖隧道的施工,尤其要注意此方面的工作開展,應(yīng)制定應(yīng)急預(yù)案并提前進(jìn)行演練。

4)施工單位應(yīng)有足夠的搶險(xiǎn)意識(shí),搶險(xiǎn)物質(zhì)應(yīng)滿足隧道施工全面開展的需要。對(duì)風(fēng)險(xiǎn)源的分析不夠,將直接引起搶險(xiǎn)物質(zhì)的準(zhǔn)備不足,極易貽誤搶險(xiǎn)的最佳時(shí)機(jī)。

5)建立健全動(dòng)態(tài)施工反饋機(jī)制,構(gòu)建風(fēng)險(xiǎn)管理模式,實(shí)現(xiàn)信息化施工。

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Analytic and Evasive Countermeasures on Tunneling Risk of Xi'an Metro

Kang Zuo

Starting from the concept of risk management,this paper analyzes the location of the risk points directly related to the geological features of the loess area,the surrounding environment risks,the guaranted risks of construction measures and the risk control in interval tunnel design and construction,proposes some evasive countermeasures.According to the actual construction situation of Xi'an Metro Line 2,this paper emphasizes the security impact of the external environment of tunnel and the importance of supplementary measures,points out the pre-analysis of risk sources,the risk points and effective evasive countermeasures for bored tunnel and shield tunnel in construction.This paper reveals the risk points in design and construction,calls for more attention on engineering works.

metro;tunnel engineering;loess region;risk management;evasive countermeasures

U 456.3+3

2009-05-07)