王利強

摘要 文章以深圳地鐵14號線大寶區(qū)間為例，對復(fù)雜環(huán)境長大盾構(gòu)區(qū)間施工安全風(fēng)險進行基本的闡述，并對盾構(gòu)掘進施工狀況進行了安全風(fēng)險辨識、評估、分析評價分類，對不同級別的風(fēng)險源提出針對性的管控措施，特別是盾構(gòu)下穿河流、長距離巖溶區(qū)、下穿既有地鐵3號線、下穿在建地鐵車站等高風(fēng)險源得到有效控制，為以后地鐵長大盾構(gòu)區(qū)間施工提供借鑒。

關(guān)鍵詞 地鐵；長距離；風(fēng)險；評估；預(yù)控措施

中圖分類號 U455.43文獻標(biāo)識碼 A文章編號 2096-8949（2024）05-0059-04

0 引言

在地鐵盾構(gòu)施工中，為保證施工安全，風(fēng)險管理在工程建設(shè)過程中尤為重要。風(fēng)險的控制必須堅持“安全第一，保護環(huán)境，預(yù)防為主”原則，采取經(jīng)濟、可行、主動的處治措施來減少或降低風(fēng)險[1]。大寶區(qū)間隧道處于典型的喀斯特地貌地區(qū)，地質(zhì)條件相對復(fù)雜，施工安全風(fēng)險大，技術(shù)難度高，施工過程中地表、拱頂沉降、突泥涌水現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生。為此，在復(fù)雜環(huán)境條件下長距離隧道的施工風(fēng)險管理具有重要的意義。

1 工程概況

深圳地鐵14號線大運站～寶荷站盾構(gòu)區(qū)間，從大運站出發(fā)，沿龍崗大道下方敷設(shè)，采用φ6 980 mm復(fù)合式盾構(gòu)掘進，區(qū)間右線全長5 777.262 m，左線全長5 573.421 m，隧道埋深約11.4～67 m。

工程有以下特點：一是下穿既有3號線高架橋，沉降變形控制要求高；二是下穿龍崗河、次高壓燃氣、巖溶發(fā)育區(qū)等，安全風(fēng)險高；三是長距離掘進巖溶強發(fā)育區(qū)，姿態(tài)控制及刀具檢查與換刀難；四是區(qū)間隧道穿越地層復(fù)雜，不良地質(zhì)巖溶的處理整治難；五是盾構(gòu)穿越既有建（構(gòu)）筑物、管線等控制要求高，安全風(fēng)險高。

1.1 工程地質(zhì)

大運站～寶荷站區(qū)間，地層主要包括人工填土層、沖洪積層、坡積層、殘積層、溶洞堆積物、炭質(zhì)頁巖、砂巖、凝灰質(zhì)石英巖、灰?guī)r。隧道埋深大約在11.4～67 m之間，穿越的地層主要是微風(fēng)化石灰?guī)r、全強風(fēng)化砂巖、全強風(fēng)化凝灰質(zhì)石英巖，局部穿越微風(fēng)化砂巖、微風(fēng)化石灰?guī)r及粉質(zhì)黏土和中微風(fēng)化凝灰質(zhì)石英巖。

1.2 水文地質(zhì)

該區(qū)間地表水主要為龍崗河少量溝渠水，在旱季時水流少，水位大約0.5～1 m，在暴雨季節(jié)，水流增加，水位迅速上升。

地下水埋深約6～9 m，根據(jù)其賦存介質(zhì)的類型，沿線地下水主要有三種類型：第一類為第四系松散巖類孔隙水，由于地層滲透性的差異，局部具承壓性；第二類為基巖裂隙水，主要賦存于塊狀強風(fēng)化、中等風(fēng)化帶及斷裂構(gòu)造裂隙中，略具承壓性；第三類是巖溶水，主要賦存于碎屑灰?guī)r和灰?guī)r巖層發(fā)育的溶洞及溶蝕裂隙中，略具承壓性[2]。

1.3 特殊土與不良地質(zhì)

根據(jù)鉆探揭示，從大運站到寶荷站的區(qū)間平均線巖溶率為31.6%。該區(qū)域發(fā)育的巖溶類型主要是溶隙和溶洞，同時還有一些灰?guī)r表面的溶溝和溶槽發(fā)育較為顯著。巖溶地貌常常存在多種地質(zhì)結(jié)構(gòu)，如溶洞、土洞、溶溝、溶槽、溶隙、豎井、落水洞、暗河以及巖溶塌陷區(qū)，這些巖溶地貌在發(fā)育程度、充填情況和覆蓋層厚度等方面存在較大差異，富水性較高且水分分布不均勻[3]。因此，它們被認為是城市軌道交通工程建設(shè)中的重要風(fēng)險因素之一。

2 施工風(fēng)險管理

城市軌道交通工程建設(shè)投入資金巨大，施工技術(shù)、工藝復(fù)雜，施工時間較長，周圍環(huán)境情況復(fù)雜，需要各種施工設(shè)備，同時還涉及多種專業(yè)工種和人員，這些工種之間相互關(guān)聯(lián)。在工程建設(shè)過程中，很容易發(fā)生各種風(fēng)險，一旦發(fā)生風(fēng)險，就會導(dǎo)致人員傷亡或經(jīng)濟損失等嚴重后果，直接危及人民的生命、財產(chǎn)和健康安全，甚至?xí)Νh(huán)境造成嚴重沖擊甚至破壞。為了有效管理不同種類的風(fēng)險，必須在工程建設(shè)初期實施風(fēng)險源辨識及評價分析，過程中風(fēng)險管理實行動態(tài)管控。

2.1 風(fēng)險因素識別和分析

風(fēng)險是指不利事件或事故發(fā)生的可能性與造成損失的組合。施工現(xiàn)場可能發(fā)生并對項目經(jīng)濟、安全、工期、環(huán)境以及社會產(chǎn)生影響的事件是施工過程中的重要因素。城市軌道交通工程建設(shè)的風(fēng)險因素很多，包括自然環(huán)境、場地條件、結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工、機電設(shè)備安裝、參建人員以及周邊建筑物（如道路、房屋、管線、橋梁等）[1]。在進行風(fēng)險管理時，需要在滿足安全可靠、經(jīng)濟合理和技術(shù)可行的條件下通過采取風(fēng)險控制措施將各類風(fēng)險降低至合理且可以接受的水平。

對復(fù)雜環(huán)境條件下的安全風(fēng)險進行辨識評估，可以更清楚地確定關(guān)鍵的控制區(qū)域和有效的控制措施，以增強施工安全風(fēng)險管理的應(yīng)對能力。大運站～寶荷站區(qū)間的風(fēng)險分為地質(zhì)風(fēng)險、設(shè)計及自身風(fēng)險、環(huán)境風(fēng)險。風(fēng)險因素識別[1，3]與分析見表1。

2.2 風(fēng)險等級劃分、預(yù)控措施

根據(jù)深圳地鐵已建線路的風(fēng)險或事故資料、現(xiàn)場施工調(diào)查、施工圖以及14號線大寶區(qū)間地下工程的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件、結(jié)構(gòu)類型、施工技術(shù)、環(huán)境條件等特點，遵循“安全第一，保護環(huán)境，預(yù)防為主”的風(fēng)險控制原則[1]，根據(jù)《城市軌道交通地下工程建設(shè)風(fēng)險管理規(guī)范》（GB 50652—2011）進行工程風(fēng)險分析與評估。

風(fēng)險評估采用作業(yè)條件危險性評價法（LEC法），該方法是以與系統(tǒng)危險性有關(guān)的三個因素指標(biāo)來評價系統(tǒng)人員傷亡危險的大小，其計算公式如下：

D=L×E×C （1）

式中，D——風(fēng)險性分值。L——發(fā)生事故的可能性大小，事故或風(fēng)險事件的事故可能性大小，當(dāng)用概率來表示時，絕對不可能的事件發(fā)生的概率為0，而必然發(fā)生的事件的概率為1，但在做系統(tǒng)安全考慮時，絕對不發(fā)生是不可能的，所以人為地將發(fā)生事故可能性極小的分數(shù)定為0.1，而必然要發(fā)生事故的分數(shù)定為10，介于這兩者之間的情況指定為若干個中間值。E——人體暴露于風(fēng)險環(huán)境中的頻繁程度，人員或設(shè)備出現(xiàn)在風(fēng)險環(huán)境中的時間越多，則風(fēng)險性越大。規(guī)定連續(xù)暴露在此風(fēng)險環(huán)境的情況定為10，而非常罕見地出現(xiàn)在風(fēng)險環(huán)境中定為0.5，介于這兩者之間的情況定為若干中間值。C——發(fā)生事故會產(chǎn)生的損失后果，事故造成人身傷害與財產(chǎn)損失變化范圍很大，對傷亡事故來說，可從極小的輕傷直到多人死亡的嚴重后果。由于范圍很大，所以規(guī)定分數(shù)值為1～100，輕傷規(guī)定分數(shù)為1，把造成10人以上死亡的可能性分數(shù)值規(guī)定為100，其他情況的數(shù)值均在1～100之間。根據(jù)風(fēng)險性分值D對風(fēng)險進行評估，確定風(fēng)險等級，但應(yīng)注意風(fēng)險等級的劃分是憑經(jīng)驗判斷，難免帶有局限性，不能認為是普遍適用的，應(yīng)用時需要根據(jù)實際情況予以修正。風(fēng)險等級劃分方法見表2。

2.2.1 風(fēng)險分級

該區(qū)間風(fēng)險共34項，其中Ⅰ級風(fēng)險2項，Ⅱ級風(fēng)險20項，Ⅲ級風(fēng)險12項，采取措施后風(fēng)險等級均為Ⅲ級。安全風(fēng)險評價分級見表3。

2.2.2 風(fēng)險預(yù)控措施

Ⅰ級風(fēng)險預(yù)控措施：①施工前進行檢測與評估；②施工前收集建構(gòu)筑物的施工資料或竣工圖，核實區(qū)間與建構(gòu)筑物的位置關(guān)系，排查區(qū)間穿越范圍內(nèi)不明障礙物；③盾構(gòu)機配備超前地質(zhì)預(yù)報及超前注漿設(shè)備，掌握巖溶發(fā)育情況，必要時進行洞內(nèi)注漿加固；④加強施工管理，穿越前做好試驗段確定掘進參數(shù)，調(diào)整好盾構(gòu)機推進姿態(tài)，確保連續(xù)穿越，控制地層損失率不大于0.5%；⑤加強同步注漿與二次注漿，壓力控制在0.2～0.5 MPa，注漿量5.5～6.46 m3/m；二次壓漿在管片出盾尾5環(huán)后進行，注漿壓力控制在0.4～0.8 MPa之間，注漿量約1.29～1.94 m3/m；⑥施工前對該區(qū)域地質(zhì)情況進行詳細調(diào)查，探明地質(zhì)情況、溶洞分布情況，做好地表預(yù)注漿加固處理；⑦加強對既有建構(gòu)筑物的監(jiān)控量測；⑧及時布置測點，穿越過程中加強監(jiān)控量測，并根據(jù)監(jiān)測結(jié)果及時調(diào)整盾構(gòu)掘進參數(shù)；⑨做好巡視巡查，及時消除隱患，落實好領(lǐng)導(dǎo)帶班制度；⑩做好分級管控，分類分級編制評審安全專項方案[4]。

Ⅱ級風(fēng)險預(yù)控措施：①做好始發(fā)端、接收端土體加固質(zhì)量，并取芯驗證，確保止水簾布及翻板安裝質(zhì)量；②洞門外6 m內(nèi)采用注漿加固，確保加固后的地基無側(cè)限抗壓強度不低于1 MPa，滲透系數(shù)≤1.0×10?6 cm/s；③加強對既有建構(gòu)筑物的監(jiān)控量測，做到動態(tài)指導(dǎo)施工；④做好巡視巡查，發(fā)現(xiàn)問題及時調(diào)整掘進參數(shù)，采取有效措施及時消除隱患；⑤制定應(yīng)急預(yù)案，做好應(yīng)急演練工作；⑥做好各項方案、預(yù)案的交底工作，并在作業(yè)前向作業(yè)層人員進行風(fēng)險管控交底和培訓(xùn)；⑦施工前對巖溶區(qū)段進行地質(zhì)補勘工作；針對換刀點具體地層采取對應(yīng)的換刀措施；⑧及時布置測點，穿越過程中加強對管線的監(jiān)控量測并根據(jù)監(jiān)測結(jié)果及時調(diào)整盾構(gòu)掘進參數(shù)；⑨規(guī)劃好換刀點的設(shè)置，提前確定加固措施[4]。

2.3 風(fēng)險預(yù)控及管理

（1）動態(tài)風(fēng)險跟蹤管理。城市軌道交通工程建設(shè)中難以完全消除或避免風(fēng)險，且外界的影響或變化也會導(dǎo)致無法預(yù)測的風(fēng)險。根據(jù)施工現(xiàn)場實際情況，地質(zhì)、周邊環(huán)境和施工自身等安全風(fēng)險因素發(fā)生變化，進行施工風(fēng)險的動態(tài)分析、辨識和評價，并采取有針對性的措施，使風(fēng)險消除或降到可接受范圍。

（2）加強專項方案的編制、審批和落實。按照《危險性較大的分部分項工程安全管理規(guī)定》（建設(shè)部令第37號）、當(dāng)?shù)卣鞴懿块T和建設(shè)單位的相關(guān)規(guī)定，及時完善各施工專項方案，加強實施前的交底、培訓(xùn)教育，并在實施過程中嚴格監(jiān)管，嚴格按照方案施工。

（3）加強監(jiān)控量測?，F(xiàn)場監(jiān)控量測的重要作用在于隧道施工過程中的風(fēng)險管控，為了適應(yīng)隧道復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境和周邊環(huán)境，需提高監(jiān)測頻率和監(jiān)測項目。隧道的監(jiān)測項目主要包括地表、拱頂沉降、收斂、管片橢圓度三維激光掃描分析。針對下穿既有地鐵3號線高風(fēng)險，增設(shè)自動化監(jiān)測設(shè)備，監(jiān)測點按間距5 m布置，對軌道狀態(tài)與橋梁主體24 h自動化監(jiān)測，監(jiān)測數(shù)據(jù)實時傳輸反饋，實現(xiàn)智能預(yù)警。通過動態(tài)監(jiān)測的及時性，便于動態(tài)調(diào)整掘進參數(shù)，減少隧道施工風(fēng)險并保障周邊建筑物和居民的安全。

（4）加強超前地質(zhì)預(yù)報。根據(jù)地質(zhì)狀況選擇適合的地質(zhì)預(yù)報系統(tǒng)，制定有效的預(yù)報方案。區(qū)間隧道采用HSP法進行圍巖地質(zhì)探測，探測原理：利用盾構(gòu)掘進時刀盤切割巖（土）體所產(chǎn)生的震動信號作為HSP法預(yù)報激發(fā)震源，在隧道內(nèi)進行空間陣列式數(shù)據(jù)采集，并通過深度域繞射掃描偏移疊加成像技術(shù)，進行反演解釋。采用HSP217型超前地質(zhì)預(yù)報儀及分析軟件，利用空間陣列式探測布置方式，對隧道工作面前方80 m測試。通過現(xiàn)場采集的原始波形曲線進行處理分析，生成反演分析成果圖和探測結(jié)果，揭示圍巖完整性、自穩(wěn)性，是否存在巖溶發(fā)育與軟弱夾層情況。

（5）加強應(yīng)急管理。建立系統(tǒng)的風(fēng)險預(yù)報預(yù)警和應(yīng)急機制，編制應(yīng)急預(yù)案并定期演練，建立應(yīng)急搶險隊并配足應(yīng)急物資和設(shè)備。按照相關(guān)規(guī)范要求嚴格施工過程監(jiān)控量測工作，發(fā)現(xiàn)險情第一時間向相關(guān)負責(zé)人發(fā)布信息，按照應(yīng)急預(yù)案分級啟動應(yīng)急搶險，防范事故發(fā)生或事故擴大。

3 施工應(yīng)用效果

該工程具有穿越區(qū)域多、線路復(fù)雜、地質(zhì)變化大、周邊環(huán)境復(fù)雜多變等特點，從施工方面而言，該工程風(fēng)險較多，且存在重難點工程，需采取一定的控制措施。該文通過對深圳市城市軌道交通14號線工程中的施工風(fēng)險對工程安全影響風(fēng)險進行了識別、分析和評價，加強了盾構(gòu)施工自身風(fēng)險施工管控、巖溶及軟土地層的處理控制和工程周邊環(huán)境風(fēng)險中穿越或鄰近鐵路、公路、河流、橋梁、重大管線及其他建構(gòu)筑物的風(fēng)險專項的處理及外部對接工作。結(jié)合既有工程經(jīng)驗，通過有效的工程措施，可將工程風(fēng)險控制在允許的程度。

4 結(jié)束語

隨著地鐵建設(shè)的不斷發(fā)展，風(fēng)險管理變得更加重要，尤其是在復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境下的風(fēng)險控制，成為地鐵施工中的一項艱巨任務(wù)。通過對大寶區(qū)間盾構(gòu)隧道施工風(fēng)險管理的總結(jié)和分析，得出了一些風(fēng)險管理技術(shù)措施和管理方法，從而確保了施工的安全性和質(zhì)量，并達到了履行業(yè)主工期承諾的目標(biāo)，可為未來工程施工中的風(fēng)險管理提供參考。

參考文獻

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