基于風(fēng)險(xiǎn)分析的軟土地區(qū)盾構(gòu)進(jìn)出洞施工管理

申通地鐵上海軌道交通十號(hào)線發(fā)展有限公司 上海 201103

1 工程概況

上海市軌道交通某區(qū)間隧道工程線路單線長(zhǎng)782.83 m，隧道內(nèi)徑5 500 mm、外徑6 200 mm，最小平面曲線半徑799.93 m，采用外徑6 340 mm的土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行施工。

該區(qū)間隧道工程中1 條隧道需要穿越1 座措施井，所以整個(gè)工程需要實(shí)施3 次進(jìn)洞和3 次出洞，所涉及土層主要為④、⑤1、⑤2層。其中，④層淤泥質(zhì)黏土、⑤1層粉質(zhì)黏土具有明顯的觸變和流變特性，在動(dòng)力作用下土體結(jié)構(gòu)易破壞，造成土層流動(dòng)以致開(kāi)挖面失穩(wěn)。⑤2層砂質(zhì)粉土層在水頭壓力作用下易產(chǎn)生流水、流砂，引起開(kāi)挖面失穩(wěn)和地面下沉。

2 盾構(gòu)進(jìn)、出洞位置的環(huán)境情況

2.1 始發(fā)井出洞時(shí)的土質(zhì)情況和周邊環(huán)境情況

盾構(gòu)機(jī)在始發(fā)站出洞后9 m即需下穿新建的綜合管溝。管溝在隧道軸線上的投影長(zhǎng)度為10 m，盾構(gòu)頂距管溝底3.2 m。盾構(gòu)出洞土層為④、⑤1層，盾構(gòu)開(kāi)挖面底部侵入⑤2層砂質(zhì)粉土層。

2.2 措施井進(jìn)、出洞的土質(zhì)情況和周邊環(huán)境情況

1 條隧道在中途設(shè)置措施井1 座，施工中盾構(gòu)需要在措施井處實(shí)施1 次進(jìn)、出洞。盾構(gòu)機(jī)在措施井的進(jìn)、出洞施工均為全斷面的⑤2層砂質(zhì)粉土層。

2.3 到達(dá)井進(jìn)洞的土質(zhì)情況和周邊環(huán)境情況

盾構(gòu)機(jī)在到達(dá)井進(jìn)洞時(shí)處于全斷面⑤2層砂質(zhì)粉土層中，并且在距接收井15 m處有1 幢7 層磚混結(jié)構(gòu)房屋，該建筑物對(duì)于沉降極為敏感，對(duì)建筑物的保護(hù)是本工程最大的難點(diǎn)。

3 風(fēng)險(xiǎn)控制[1-4]

經(jīng)風(fēng)險(xiǎn)分析，本區(qū)間進(jìn)、出洞段的風(fēng)險(xiǎn)因素總計(jì)11 項(xiàng)，其中可接受級(jí)風(fēng)險(xiǎn)的有3 項(xiàng)，不可接受級(jí)風(fēng)險(xiǎn)的有2 項(xiàng)。針對(duì)嚴(yán)重于可接受級(jí)風(fēng)險(xiǎn)制定以下應(yīng)對(duì)措施，對(duì)于其他的風(fēng)險(xiǎn)采用技術(shù)交底、施工現(xiàn)場(chǎng)管理制度等方法來(lái)進(jìn)行控制。

3.1 開(kāi)口負(fù)環(huán)碎裂失穩(wěn)

盾構(gòu)在始發(fā)站出洞的后靠體系采用了部分開(kāi)口環(huán)的形式，后靠設(shè)施由負(fù)環(huán)管片、Π形鋼構(gòu)件、Φ609 mm縱梁鋼管以及鋼后座等組成。出洞反力通過(guò)上述傳力結(jié)構(gòu)傳至端頭井中的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)之上。由于采用開(kāi)口環(huán)拼裝形式，降低了管片的整體受力穩(wěn)定性，容易造成管片碎裂。

在盾構(gòu)機(jī)的出洞施工過(guò)程中，合理控制盾構(gòu)的總推力、推進(jìn)速度，盡量使千斤頂合理編組，使開(kāi)口負(fù)環(huán)管片均勻受力，避免應(yīng)力集中。剛剛出洞時(shí)，由于洞外土體已經(jīng)加固，土壓力很小，無(wú)需按常規(guī)土壓設(shè)定掘進(jìn)參數(shù)。此時(shí)推力的大小完全取決于掘進(jìn)速度，瞬間施加的推力過(guò)猛，會(huì)造成后坐反力過(guò)大，負(fù)環(huán)受力不均，局部壓應(yīng)力超過(guò)管片受壓極限強(qiáng)度而破壞。

3.2 工作面漏水、漏砂甚至坍塌

土體加固是盾構(gòu)進(jìn)、出洞中相當(dāng)重要的一個(gè)組成部分，質(zhì)量良好的加固可避免盾構(gòu)進(jìn)、出洞時(shí)工作面漏水、漏砂甚至坍塌的風(fēng)險(xiǎn)。

本區(qū)間工程在措施井和到達(dá)井進(jìn)、出洞施工所涉及的土層中均包含有⑤2層砂質(zhì)粉土層，始發(fā)站盾構(gòu)出洞時(shí)，掘進(jìn)面的下部也侵入⑤2層砂質(zhì)粉土層。

本區(qū)間盾構(gòu)土體加固的原設(shè)計(jì)方案采用攪拌樁結(jié)合旋噴樁的形式，考慮到每次進(jìn)、出洞施工均涉及到⑤2層，在每次進(jìn)出洞施工時(shí)均增設(shè)了降水井進(jìn)行輔助施工。

措施井與到達(dá)站盾構(gòu)進(jìn)出洞施工時(shí)，洞門全斷面土層均為⑤2層灰色砂質(zhì)粉土層。由于加固深度較深，深層攪拌樁的垂直精度為0.4%，各樁體底部不能確保搭接，加固不能確保隔斷⑤2層微承壓水的滲流通道，存在出洞口涌水、涌砂的重大風(fēng)險(xiǎn)。因此對(duì)該風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)在攪拌樁加固區(qū)與地下連續(xù)墻之間的土體加固增加了隔斷滲水通道效果較好的凍結(jié)法。

3.3 洞門橡膠簾布板失效漏水

選用質(zhì)量能夠得到保證的密封簾布板，正確安裝洞門密封裝置，盾構(gòu)出洞時(shí)合理操作，防止止水橡膠簾帶內(nèi)翻。同時(shí)提高洞門密封裝置的強(qiáng)度，以承受較高的土壓力，避免受擠壓而破壞。盾構(gòu)完成出洞后及時(shí)進(jìn)行洞圈注漿加固，對(duì)洞圈滲漏點(diǎn)進(jìn)行封堵。

為保證洞口的止水效果，在洞圈內(nèi)增加設(shè)置1 道加長(zhǎng)的盾尾刷，因?yàn)槎芪菜⒕哂幸欢ǖ膹?qiáng)度和彈性，在進(jìn)、出洞過(guò)程中可以保持完好，保證了進(jìn)、出洞過(guò)程中不發(fā)生漏水。

3.4 盾構(gòu)姿態(tài)控制錯(cuò)誤無(wú)法出（進(jìn)）洞

如果因盾構(gòu)姿態(tài)控制錯(cuò)誤盾構(gòu)無(wú)法出（進(jìn)）洞，將造成已建成隧道的報(bào)廢，發(fā)生嚴(yán)重的質(zhì)量事故。為防止此類事故的發(fā)生，必須提前認(rèn)真復(fù)核盾構(gòu)姿態(tài)和門洞的坐標(biāo)，搞清兩者的相互關(guān)系，發(fā)現(xiàn)偏差及時(shí)糾正。

3.5 洞口周圍地面嚴(yán)重沉降

本區(qū)間工程盾構(gòu)在到達(dá)井進(jìn)洞時(shí)需首先下穿1 幢對(duì)沉降較為敏感的7 層磚混結(jié)構(gòu)建筑，且該建筑物離到達(dá)井僅15 m，因此一旦洞口周邊地面沉降嚴(yán)重將造成極其嚴(yán)重后果。

針對(duì)到達(dá)井站盾構(gòu)進(jìn)洞處于全斷面⑤2層砂質(zhì)粉土層的情況，方案中擴(kuò)大了盾構(gòu)進(jìn)洞的土體加固范圍，加固厚度達(dá)到了10 m（原設(shè)計(jì)厚度為3.5 m），大于盾構(gòu)機(jī)的長(zhǎng)度，確保了在盾構(gòu)機(jī)刀盤靠上地下連續(xù)墻后能夠通過(guò)脫出盾尾的管片進(jìn)行注漿，從而封堵盾構(gòu)機(jī)與加固土體之間的滲漏通道。同時(shí)，為了降低盾構(gòu)進(jìn)洞階段的沉降風(fēng)險(xiǎn)，盾構(gòu)機(jī)的進(jìn)洞施工采用二次甚至是多次進(jìn)洞的施工工藝，發(fā)現(xiàn)盾尾后部沉降過(guò)大及時(shí)用環(huán)形鋼板封堵盾構(gòu)機(jī)與洞圈的間隙，封堵后及時(shí)注漿充填，待充填注漿的漿液固結(jié)后繼續(xù)進(jìn)洞過(guò)程。

加大了加固厚度后，每次進(jìn)洞加固的數(shù)量增加了2 000 m3，措施費(fèi)用增加50 萬(wàn)元，遠(yuǎn)小于可能發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)損失。

4 施工風(fēng)險(xiǎn)管理組織措施[5,6]

工程施工隨著各工序的轉(zhuǎn)換，風(fēng)險(xiǎn)也在不斷的變化，各項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生概率及其損失也是動(dòng)態(tài)的。因此業(yè)主、監(jiān)理和施工單位組建風(fēng)險(xiǎn)管理機(jī)構(gòu)、建立有效的風(fēng)險(xiǎn)管理機(jī)制和工作流程，及時(shí)了解、溝通工程風(fēng)險(xiǎn)信息，使風(fēng)險(xiǎn)管理真正落到實(shí)處是十分必要的。

對(duì)工程風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)進(jìn)行跟蹤與管理，督促風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避措施的實(shí)施，同時(shí)及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理尚未辨識(shí)的風(fēng)險(xiǎn)，施工風(fēng)險(xiǎn)跟蹤管理流程見(jiàn)圖1。

圖1 施工風(fēng)險(xiǎn)跟蹤管理流程

5 結(jié)語(yǔ)

施工風(fēng)險(xiǎn)管理是工程項(xiàng)目管理的重要組成部分，成功的隧道工程項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)管理依賴于對(duì)風(fēng)險(xiǎn)因素的事前識(shí)別和預(yù)先采取有效的控制措施。上述研究成果不僅為本盾構(gòu)區(qū)間的施工順利進(jìn)行提供了技術(shù)支持，也為今后類似隧道施工風(fēng)險(xiǎn)管理提供寶貴的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。