淺埋暗挖隧道穿越既有橋梁風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法研究

汪楊洲

摘 要：隧道工程是一項(xiàng)大規(guī)模地下工程，具有潛在風(fēng)險(xiǎn)多、風(fēng)險(xiǎn)危害大的特點(diǎn)，因此建立一套合理有效的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系就顯得尤為必要。因隧道建設(shè)環(huán)境復(fù)雜，不確定因素較多，往往難以獲得各影響因素的真實(shí)概率，因此常規(guī)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法操作性差，難以適用。本文參考kent風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估法，對(duì)評(píng)估體系進(jìn)行適當(dāng)改進(jìn)，建立了適用于暗挖隧道穿越既有橋梁的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工具有較大指導(dǎo)意義。將該方法運(yùn)用到具體工程并獲得了成功，說(shuō)明改良體系切實(shí)可行，具有實(shí)際價(jià)值。

關(guān)鍵詞：隧道工程建設(shè)；風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估；模型

一、Kent法在隧道工程建設(shè)中的應(yīng)用。

隨著城市化的進(jìn)程的加快，城市人口的進(jìn)一步增加，交通擁堵成了當(dāng)下亟待解決的難題。為緩解交通擁堵，提高人們的出行效率，軌道交通應(yīng)運(yùn)而生，并因其運(yùn)量大、占地少等優(yōu)勢(shì)迅速成為熱門(mén)方案。隧道工程是軌道交通的重要組成部分，為大規(guī)模地下工程，施工過(guò)程中不確定因素較多，風(fēng)險(xiǎn)危害性較大。在城市中，隧道往往面臨著穿越既有道路、橋梁等問(wèn)題，此時(shí)，建設(shè)環(huán)境更加惡劣，風(fēng)險(xiǎn)危害顯得尤為巨大。這就需要我們提前作出較準(zhǔn)確的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，從而制定相應(yīng)的保護(hù)措施，降低風(fēng)險(xiǎn)影響。但隧道工程建設(shè)環(huán)境復(fù)雜，不確定性較大，常規(guī)的概率法評(píng)估風(fēng)險(xiǎn)方法往往難以適用。kent法在其基礎(chǔ)上進(jìn)行了發(fā)展和改進(jìn)，具有更好的適用性。本文基于其基本思想，將其發(fā)展運(yùn)用于隧道工程建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。

二、基于改進(jìn)kent法的隧道穿越既有橋梁風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

（一）kent法的改進(jìn)

優(yōu)點(diǎn)：Kent法在評(píng)估中盡可能的減少主觀因素帶來(lái)的干擾，很大程度上提高風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的準(zhǔn)確性。

局限性：雖然kent法有優(yōu)點(diǎn)，但是其本身也具有局限性。在進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估時(shí)，首先要對(duì)各種因素進(jìn)行假設(shè)，來(lái)預(yù)想會(huì)發(fā)生的問(wèn)題。但是kent法在進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估時(shí)，其中假設(shè)性的因素之間是不存在相關(guān)性的，這就導(dǎo)致了在不同情況下，其中的一些獨(dú)立性假設(shè)是不成立的。因此，kent法也并不是完美無(wú)缺，也存在自身局限性，需要進(jìn)行一定的改進(jìn)。

（二）改進(jìn)kent法風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型的構(gòu)建

不同的原因會(huì)導(dǎo)致不同的事故，也就意味著建設(shè)工程所需采取的措施有所不同。在隧道穿越既有橋梁中，導(dǎo)致風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生最主要的原因就是隧道和橋梁。因此，參考kent法，同時(shí)考慮隧道施工穿越既有橋梁的特點(diǎn)，建立相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系是十分重要的。

第一：在淺埋暗挖隧道穿越既有橋梁的施工過(guò)程之中，要注意將理論與實(shí)踐結(jié)合起來(lái)，在實(shí)際的施工中做到經(jīng)過(guò)實(shí)際的考察之后再確定具體施工計(jì)劃，并將實(shí)踐中得到的調(diào)查數(shù)據(jù)與理論方法相結(jié)合，從而確保建構(gòu)模型的準(zhǔn)確性。在這些步驟完成之后再進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估活動(dòng)，能夠保證風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的精準(zhǔn)性，降低風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的失誤率。

第二；在隧道施工過(guò)程中，要嚴(yán)格分析施工技術(shù)水平，監(jiān)控水平和工期要求等人為因素，降低評(píng)估參數(shù)的不準(zhǔn)確性，做出精準(zhǔn)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。

第三：計(jì)算出施工風(fēng)險(xiǎn)綜合指數(shù)crci。

第四：把安全措施指數(shù)與風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)相結(jié)合做出風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。

（二）模型因子的確定

1）隧道指數(shù)

跨度和埋深是隧道指數(shù)的兩大因素?？梢岳胟ent法制作模型來(lái)模擬不同覆跨比下的隧道開(kāi)挖，從而得出更精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)。在不同覆跨比下可以發(fā)現(xiàn)在隧道開(kāi)挖過(guò)程中所引起的地表沉降是有規(guī)律可尋的。在了解其規(guī)律之后再結(jié)合具體情況，對(duì)隧道指數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的取值。

2）地層指數(shù)

地層是隧道工程建設(shè)的重要介質(zhì)，地層情況直接影響到隧道周?chē)徑ㄖ?，地層條件越好，就意味著風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)的越低。因此要對(duì)地層安全指數(shù)做出精準(zhǔn)的取值，才能進(jìn)一步確定地層周?chē)姆€(wěn)定程度，從而進(jìn)行隧道開(kāi)挖。

3）鄰近結(jié)構(gòu)物指數(shù)

在隧道穿越既有橋梁的工程建設(shè)中，鄰近結(jié)構(gòu)指數(shù)就是指橋梁指數(shù)。在工程建設(shè)中，橋梁是隧道開(kāi)挖的最主要的障礙，在保障橋梁安全的情況下進(jìn)行隧道開(kāi)挖，就必需提前做好相關(guān)計(jì)算，精確取值。

4）工藝影響系數(shù)

工藝影響系數(shù)是指除了地層，橋梁等自然因素外的人為因素對(duì)隧道施工所造成的危險(xiǎn)程度，具有很大的不確定性。其取值就不如其他指數(shù)容易和精確，只能將工藝影響系數(shù)與其他的影響指數(shù)進(jìn)行結(jié)合，做出合理的分析。

5）位置系數(shù)

隧道的建設(shè)肯定會(huì)對(duì)周?chē)沫h(huán)境造成影響，尤其是周?chē)寥赖乃蓜?dòng)，會(huì)使面承載力降低而造成地面沉降等問(wèn)題，甚至?xí)斐梢恍┢麦w的坍塌。因此，在隧道施工時(shí)，須對(duì)其影響的范圍進(jìn)行計(jì)算，以免后期造成某些事故?？梢岳胟ent法建立模型對(duì)施工所影響的范圍做出具體的分析，了解到不同位置的安全系數(shù)，從而選擇不同的保護(hù)措施。

6）結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)

作為對(duì)社會(huì)起到重要意義的橋梁，其重要程度不言而喻，所以關(guān)于橋梁的保護(hù)也是至關(guān)重要的。在隧道施工時(shí)，要了解清楚相關(guān)規(guī)定，明確結(jié)構(gòu)破壞的后果，知道不同后果相應(yīng)等級(jí)，這樣隧道穿越既有橋梁的工程建設(shè)就有了一定的標(biāo)準(zhǔn)。

7）安全補(bǔ)償系數(shù)

即使經(jīng)過(guò)各指數(shù)的綜合計(jì)算，采取了相應(yīng)保護(hù)措施，橋梁附近仍有可能會(huì)受到極大的破壞。所以施工過(guò)程中，除了采用傳統(tǒng)的防護(hù)措施外，在開(kāi)挖的手段上也要進(jìn)行創(chuàng)新，盡可能降低開(kāi)挖對(duì)橋梁的破壞程度。

三、實(shí)例應(yīng)用研究。

（一）工程概況

北京某地鐵隧道在設(shè)計(jì)時(shí)，由于各種制約因素，不可避免的穿越沿線(xiàn)的橋梁及道路，在一些位置上隧道與橋梁的距離極近，可能會(huì)存在一些建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)。在下穿橋梁段隧道建設(shè)時(shí)，周?chē)翆虞^差，易受到擾動(dòng)。采用淺埋暗挖法緊鄰橋梁施工時(shí)，就必定會(huì)引起地層一定程度上的變形，從而使橋梁受到相應(yīng)的損害，引起橋梁塌陷等問(wèn)題。所以在該隧道施工時(shí)，為保護(hù)鄰近橋梁的安全，提前采用高壓旋噴樁法對(duì)其間土體進(jìn)行加固，阻斷隧道建設(shè)時(shí)地層變形向橋梁的傳播，很大程度上保證了橋樁的安全，對(duì)橋梁起到了很大的保護(hù)作用。在隧道建立過(guò)程中進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估時(shí)，kent法就很好的運(yùn)用到了其中。

（二）隧道穿越既有橋梁風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

該隧道在建設(shè)時(shí)，是經(jīng)過(guò)嚴(yán)密的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估后，方?jīng)Q定開(kāi)展隧道建設(shè)的。利用kent法建立相應(yīng)的的評(píng)估模型，對(duì)各項(xiàng)指數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的取值，做好一定的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。在隧道建設(shè)前，對(duì)橋梁外觀進(jìn)行了檢查，橋梁的整體狀況良好，地層相對(duì)穩(wěn)固。隧道與橋梁的位置非常接近，對(duì)施工工藝要求較高。橋梁為城市重要主干道，對(duì)交通起到巨大的作用，因此在隧道穿越既有橋梁時(shí)，若是對(duì)其造成破壞，會(huì)對(duì)地面交通產(chǎn)生重大影響，在隧道建造時(shí)，需要保證橋梁的安全。通過(guò)采用高壓旋噴樁法對(duì)隧道與橋樁間土體進(jìn)行加固后，風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)得到很大降低，隧道施工基本安全。

（三）評(píng)估結(jié)果有效性驗(yàn)證

（1）數(shù)值模擬

在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估之后，要進(jìn)行有效的驗(yàn)證，通過(guò)一定的模擬來(lái)具體了解橋梁的安全狀況。

建立計(jì)算模型，對(duì)局部安全問(wèn)題進(jìn)行分析；并通過(guò)數(shù)值模擬，對(duì)隧道施工的不同位置進(jìn)行分析，結(jié)果表明在采取相應(yīng)措施后，隧道穿越橋梁的過(guò)程中，并不會(huì)對(duì)橋梁本身造成很大傷害，也不會(huì)因?yàn)榈貙拥淖冃螌?dǎo)致橋樁的損壞。這是工程建設(shè)必不可少的一部分。

（2）現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)

在隧道建設(shè)中為了可以保證橋梁的安全，必須要進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，在該隧道建造的時(shí)候，在橋梁的不同位置都設(shè)置了觀測(cè)點(diǎn)，數(shù)值計(jì)算結(jié)果顯示，隧道穿越橋梁的過(guò)程中橋梁的安全狀況良好，風(fēng)險(xiǎn)水平較低。以上驗(yàn)證都表明了kent法模型用于隧道穿越既有橋梁的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估具有可行性。

結(jié)語(yǔ)：借鑒kent法，建立相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，對(duì)淺埋暗挖隧道穿越既有橋梁的工程建設(shè)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，并根據(jù)評(píng)估結(jié)果采取相應(yīng)保護(hù)措施，減少事故的發(fā)生。從北京某隧道的工程實(shí)例結(jié)果來(lái)看，該方法對(duì)施工具有很好的指導(dǎo)意義，對(duì)隧道穿越既有橋梁的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估具有可行性和可靠性。

參考文獻(xiàn)

[1]張志強(qiáng)，何川. 深圳地鐵隧道鄰接樁基施工力學(xué)行為研 究[J]. 巖土工程學(xué)報(bào)，2003，25（3）：204 - 207.

[2]李強(qiáng)，王明年，李德才，等. 地鐵車(chē)站暗挖隧道施工對(duì)既 有樁基 的 影 響[J]. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2006，25（1）：184 - 190.

（作者單位：廣州地鐵設(shè)計(jì)研究院有限公司）