盾構(gòu)隧道下穿高速公路高架橋施工安全風險評估

張煜

摘要：盾構(gòu)隧道下穿既有構(gòu)筑物時，不確定因素很多，在施工中極易發(fā)生事故，為降低和控制施工風險，有必要對下穿構(gòu)筑物的施工風險進行評估。根據(jù)盾構(gòu)隧道下穿東環(huán)高速公路概況分析和數(shù)值模擬計算，結(jié)合既有工程經(jīng)驗，采用工程經(jīng)驗評估法對盾構(gòu)隧道下穿公路高架橋風險進行識別與分析，并提出相應的風險控制措施。

關(guān)鍵詞：盾構(gòu)隧道；下穿；數(shù)值模擬；風險評估

中圖分類號：U455.43 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）30-0059-03

1工程概況

廣州市軌道交通二十一號線棠東站～黃村站區(qū)間位于天河區(qū)，區(qū)間線路出棠東站后沿泰安北路向東敷設(shè)，途徑大片工業(yè)廠房及部分居住小區(qū)，其中，下穿線路下穿東環(huán)高速高架橋存在較大安全風險。在下穿橋梁范圍，地鐵左、右線中線間距約25～33m，隧道內(nèi)左右線縱坡均為25‰，隧道埋深約12.6～14.5m。下穿東環(huán)路高速高架橋樁基均為單樁單柱的嵌巖樁，樁直徑1.5m，樁長23～30m不等，橋墩中心線與線路中心線斜交角為20。，該段橋面系為4跨簡支預應力T梁，單跨長40m，2跨為一聯(lián)。橋面分為左、右兩幅，每幅橋?qū)?5.75m，橫向由7片T梁組成，通過蓋梁作用在橋墩上，蓋梁下為雙柱墩。位置關(guān)系如圖1所示。

下穿區(qū)域地層主要為第四系、白堊紀紅層。主要有人工填土層、粉細砂層、中粗砂層、軟塑狀粉質(zhì)黏土、可塑狀粉質(zhì)黏土層、淤泥質(zhì)土層、可塑狀殘積粉質(zhì)黏土等土層。場地地下水類型主要有第四系孔隙水和基巖裂隙水，主要含水層為粉細砂層、中粗砂層、礫砂層和卵石層等。

2隧道施工對相鄰橋梁結(jié)構(gòu)的影響分析

為了分析評估隧道施工對既有橋梁基礎(chǔ)的變形影響，采用巖土有限元程序Plaxis進行分析計算隧道施工對既有橋梁基礎(chǔ)的變形影響。本次計算選擇東環(huán)高架橋24號墩進行分析，地質(zhì)資料參照25號墩處地質(zhì)資料，通過模擬土層、橋墩、隧道的綜合模型，以分析隧道開挖對橋墩樁基縱向、橫向變形影響。

2.1有限元模型

將問題簡化為二維平面有限元模型，模型總寬度40m，土層總深度30m，有限元模型見圖2。模型共采用1936個土體15節(jié)點單元、121個5節(jié)點板單元、208個5節(jié)點界面單元。承臺、樁、隧道均采用板單元進行模擬。

212土層參數(shù)

根據(jù)地質(zhì)資料，將地面以下劃分為9個土層，具體參數(shù)列見表1。

2.3計算結(jié)果

隧道施工后既有橋梁樁基的附加變形如下：1號樁：樁基沉降0.39mm，水平最大位移0.64mm。2號樁：樁基沉降0.49mm，水平最大位移1.22mm。3號樁：樁基沉降0.04mm，水平最大位移0.14mm。

從計算結(jié)果可以看出隧道施工后土層發(fā)生變形，引起既有橋梁樁基發(fā)生位移，最大豎向位移為0.49mm，最大橫向位移1.22mm。橫向豎向位移的最大差值為0.45mm。均滿足規(guī)范要求，可以滿足既有橋梁安全運營。

3盾構(gòu)下穿高速路高架橋風險分析

3.1風險等級劃分

風險概率和后果應該根據(jù)風險目標和工程確定的可接受風險指標構(gòu)建，風險發(fā)生概率可劃分為很可能、可能、偶爾、不可能、很不可能等五級，風險后果等級可劃分為災難性、很嚴重、嚴重、較嚴重、輕微五級。風險后果的分級標準可分別從經(jīng)濟損失、人員傷亡、工期延誤、環(huán)境危害等幾方面進行衡量。根據(jù)事故發(fā)生的概率和后果等級，將風險等級分為五級，見表2。

風險接受準則與采取的風險處理措施見表3。

3.2風險識別與分析

根據(jù)盾構(gòu)隧道下穿東環(huán)高速公路概況分析和數(shù)值模擬計算，結(jié)合既有工程經(jīng)驗，可以看出地鐵下穿公路高架橋段地層圍巖條件相對較差，隧道埋深較淺，隧道結(jié)構(gòu)與高速公路橋下樁基間距較小，地鐵施工主要存在隧道塌方、公路高架橋豎向位移過大、不均勻沉降、相鄰墩臺縱、橫向沉降差過大等風險事件。采用工程經(jīng)驗評估法對盾構(gòu)隧道下穿公路高架橋風險進行識別與分析，并提出相應的風險控制措施，初始風險等級和殘留風險等級匯總見表4和表5。

4盾構(gòu)下穿高速路高架橋風險評估

通過對盾構(gòu)隧道下穿東環(huán)高速公路風險識別與分析結(jié)果可以看出，盾構(gòu)隧道下穿高速公路橋梁段，雖然圍巖條件差，盾構(gòu)頂埋深相對較小且橋梁部分樁基距離地鐵結(jié)構(gòu)較近，但由于橋梁下部樁基設(shè)計樁長，超過了盾構(gòu)施工深度范圍，樁身穿越軟弱土層進入強風化巖層，所以各風險事件的初始風險等級也均為中度，但由于高速公路橋梁結(jié)構(gòu)一旦變形過大會導致較為嚴重的后果，需在施工前、施工過程中以及施工后三個階段做好相關(guān)工作，施工前要做好風險的識別評價，做好施工準備；施工過程中合理進行操作，實時監(jiān)控風險；施工完成后要做好善后工作，對風險進行追蹤。做好下穿工程風險控制工作，降低風險至可接受范圍，保障高速公路安全運營，避免人員傷害、財產(chǎn)損失。endprint