明挖隧道施工安全風(fēng)險(xiǎn)分析及控制措施

（中鐵二十二局集團(tuán)第四工程有限公司，天津 301700）

1 工程概況

榆安1號(hào)隧道（DK32+700～DK37+250）全長(zhǎng)為4 550 m，隧道位于北京市大興區(qū)禮賢鎮(zhèn)，采用基坑明挖施工，應(yīng)用放坡+鉆孔灌注樁圍護(hù)+鋼支撐支護(hù)形式。

深基坑開挖深度為22～24.0 m，開挖寬度為14.2～15.7 m；圍護(hù)鉆孔樁樁徑為0.8～1 m，間距1.1～1.35 m，樁長(zhǎng)23～34 m；水泥攪拌樁樁徑0.85 m，間距0.6 m，樁長(zhǎng)22～33 m；冠梁截面形式為1 m×0.8 m及1 m×1.2 m，總長(zhǎng)6.86 km（兩側(cè)）；鋼支撐采用Φ609、Φ800鋼管，壁厚16 mm，縱向間距3 m，豎向間距4～5 m，分3道和4道設(shè)置；隧道截面形式為拱形截面，線間距為4.2、4.4、4.6 m三種。

2 施工工法

明挖隧道采用鉆孔灌注樁作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)，水泥攪拌樁作為止水帷幕，基坑開挖選用反鏟挖掘機(jī)分段分層開挖，人工配合汽車吊進(jìn)行鋼支撐。開挖完畢后進(jìn)行樁間網(wǎng)噴混凝土及防水層施工，隧道主體分底板、邊墻、頂板三次澆筑，邊墻模架系統(tǒng)使用分體式襯砌臺(tái)車，拱頂采用橫撐骨架復(fù)合式臺(tái)車進(jìn)行澆筑，混凝土澆筑采用泵送混凝土，隨后施工頂板防水層及基坑回填施工。

3 明挖隧道風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別

3.1 基坑滲漏水、涌水、涌砂、樁間流沙

部分段落地下水位位于明挖基坑坑底以上，基坑地層以粉質(zhì)黏土、粉土、細(xì)砂為主，地層含水量不均勻，基坑易產(chǎn)生滲漏水。部分段落基坑側(cè)壁存在粉砂地層，地層自穩(wěn)性差，基坑開挖過程樁間砂層出現(xiàn)流沙現(xiàn)象，影響基坑正常開挖施工，危及基坑穩(wěn)定性。滲漏水嚴(yán)重時(shí)，基坑易發(fā)生涌水等風(fēng)險(xiǎn)事故，會(huì)導(dǎo)致基坑失穩(wěn)坍塌。

3.2 基底軟化及隆起

由于降水不到位或坑內(nèi)排水不及時(shí)，水匯集到基底會(huì)造成基底軟化，使基坑產(chǎn)生變形，影響基坑安全，降低了基底承載能力，易導(dǎo)致隧道結(jié)構(gòu)施工完成后沉降過大。由于基坑開挖及坑外土體的重力作用，基底土層較軟，易發(fā)生基底隆起的風(fēng)險(xiǎn)，威脅基坑及附近建筑物的安全。

3.3 支撐失穩(wěn)或脫落

在基坑施工過程中，如支撐架設(shè)不及時(shí)或架設(shè)不牢靠，會(huì)造成基坑內(nèi)支撐失穩(wěn)或脫落。嚴(yán)重時(shí)會(huì)產(chǎn)生連鎖反應(yīng)，引起基坑內(nèi)的支撐脫落，基坑坍塌，造成施工人員傷亡和施工機(jī)械受損。

3.4 圍護(hù)結(jié)構(gòu)、基坑變形過大

內(nèi)支撐施工不及時(shí)或內(nèi)支撐預(yù)加應(yīng)力過小均會(huì)造成圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平變形過大。水平變形過大引起基坑周邊建（構(gòu)）筑物變形，增加建構(gòu)筑物不均勻沉降，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致建筑物開裂，影響基坑穩(wěn)定性。

3.5 深基坑安全

明挖基坑開挖深度較深，基坑深度范圍內(nèi)的土質(zhì)較軟，荷載大，施工時(shí)存在基坑失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)。

3.6 明挖隧道主體結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)

（1）隧道結(jié)構(gòu)開裂、滲漏水。隧道主體結(jié)構(gòu)施工完成后，進(jìn)行回填的過程中，未按照要求進(jìn)行分層回填，導(dǎo)致填土側(cè)與非填土側(cè)地基受力差別較大，產(chǎn)生不均勻沉降，導(dǎo)致隧道襯砌產(chǎn)生裂縫及漏水。在施作防水時(shí)未按照要求施工，隧道防水效果差導(dǎo)致襯砌出現(xiàn)滲漏水?；炷炼臼┕r(shí)，由于未按照要求采取有效措施，導(dǎo)致襯砌產(chǎn)生裂紋而漏水，在軟弱地層區(qū)域地基不均勻沉降，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)不均勻沉降而開裂漏水。

（2）結(jié)構(gòu)不均勻沉降或上浮。主體結(jié)構(gòu)施工完成后，未按照要求進(jìn)行分層回填，導(dǎo)致填土側(cè)與非填土側(cè)地基受荷載差別較大，產(chǎn)生不均勻沉降。由于降水未達(dá)到降水深度，地基遇水軟化使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不均勻沉降。進(jìn)行地基處理時(shí)，地基未達(dá)到設(shè)計(jì)要求的強(qiáng)度，導(dǎo)致地基及結(jié)構(gòu)不均勻沉降，在地下水位高或隧道頂部土方開挖的情況下，可能發(fā)生隧道上浮的風(fēng)險(xiǎn)。

（3）區(qū)域沉降風(fēng)險(xiǎn)。隧道部分區(qū)域位于沉降漏斗區(qū)，近三年平均沉降速率為22～36 mm/年，遭受地面沉降地質(zhì)災(zāi)害的危險(xiǎn)性大。地面沉降是一種區(qū)域性、均勻緩變的地質(zhì)災(zāi)害，不具有突發(fā)性，會(huì)隨時(shí)間的積累產(chǎn)生不均勻沉降。

（4）隧道上方規(guī)劃道路、水渠施工對(duì)隧道的影響。隧道上方規(guī)劃多條道路，在后期施工時(shí)會(huì)產(chǎn)生施工荷載，在后期正常使用的過程中，增加了隧道上方的超載，不利于隧道主體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。

（5）隧道口雨水倒灌。隧道施工完成后，路基排水系統(tǒng)未施工或未完成施工，如遇雨水天氣可能導(dǎo)致洞口雨水倒灌；如遇特大暴雨、洪水，導(dǎo)致地表水短時(shí)間內(nèi)水位升高及發(fā)生洞口雨水倒灌。

4 明挖隧道風(fēng)險(xiǎn)控制措施

4.1 基坑滲漏水、涌水、涌砂、樁間流沙

隧道出口放坡段及打設(shè)止水帷幕段基坑采用坑內(nèi)降水，其余明挖段采用坑外降水措施，沿隧道基坑設(shè)置兩排降水井，基坑開挖前進(jìn)行坑外降水施工，確保基坑內(nèi)沒有明水作業(yè)；地下水位低于基底，可根據(jù)情況設(shè)置地下水位觀測(cè)井，及時(shí)掌握地下水位變化情況，再進(jìn)行信息化施工。

根據(jù)地下水位情況，對(duì)地下水采取合理的處理措施，任何一層土方開挖前，應(yīng)先檢查觀測(cè)井水位是否控制在設(shè)計(jì)要求安全水位以下，不可盲目開挖，避免出現(xiàn)透水、突涌事故。沿線基坑側(cè)壁存在粉砂地層，地層自穩(wěn)性差，為防止基坑開挖過程樁間砂層出現(xiàn)流沙現(xiàn)象，確?；邮┕ぐ踩?，對(duì)該地層的基坑側(cè)壁采用小導(dǎo)管注漿加固，基坑放坡坡頂、坡底兩側(cè)設(shè)置側(cè)溝，防止明水流入基坑內(nèi)[1]。

4.2 基底軟化及隆起

開挖前基坑提前降水對(duì)地層進(jìn)行預(yù)加固，基坑開挖過程中，采取分層、分部開挖基坑，及時(shí)架設(shè)支撐；基坑底部開挖時(shí)預(yù)留0.5 m，待上部工程施工完成后，采用人工開挖方式對(duì)預(yù)留部分進(jìn)行處理，減少基坑底部隆起、基坑變形。隧道開挖至基底后，坑內(nèi)不應(yīng)有明水，開挖至指定高程后應(yīng)盡快施工仰拱底墊層及仰拱。

4.3 支撐失穩(wěn)或脫落

鋼支撐應(yīng)設(shè)置防墜落裝置，加強(qiáng)支撐施工質(zhì)量監(jiān)督，對(duì)施工完成后內(nèi)支撐預(yù)加軸力進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)。及時(shí)加強(qiáng)對(duì)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的監(jiān)測(cè)，若發(fā)現(xiàn)存在較大突變，應(yīng)立即核查相應(yīng)位置支撐是否松動(dòng)或脫落，及時(shí)調(diào)整架設(shè)支撐，做好應(yīng)急處理措施及應(yīng)急預(yù)案。

設(shè)立監(jiān)測(cè)體系，建立信息反饋系統(tǒng)，支撐體系的穩(wěn)定性、地表沉降、邊坡穩(wěn)定、水位變化等應(yīng)安排專人監(jiān)測(cè)，并做好觀測(cè)記錄，及時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，根據(jù)監(jiān)測(cè)情況，采取相應(yīng)的技術(shù)措施。

4.4 基坑變形過大

根據(jù)周邊環(huán)境合理確定基坑安全等級(jí)及變形控制標(biāo)準(zhǔn)，明挖放坡段安全等級(jí)為三級(jí)，支護(hù)結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)為0.9，其余段圍護(hù)結(jié)構(gòu)安全等級(jí)均為一級(jí)，支護(hù)結(jié)構(gòu)的重要性系數(shù)為1.1。

基坑深度≤20 m，基坑周圍無重要保護(hù)建筑物的基坑變形控制等級(jí)為二級(jí)，地面最大沉降量≤0.2%H，且≤35 mm，圍護(hù)結(jié)構(gòu)最大水平位移≤0.3%H，且≤30 mm。

基坑深度＞20 m或局部臨近高速公路段、永定河大堤段、村莊段、重要管線等基坑變形控制保護(hù)等級(jí)為一級(jí)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)最大水平位移≤0.14%H，且≤25 mm，地面最大沉降量≤0.15%H，且≤30 mm（H為基坑深度）。

明挖段基坑施工過程中，嚴(yán)格按照“先支撐、后開挖”原則，按照設(shè)計(jì)進(jìn)行施工，及時(shí)架設(shè)支撐，確保支撐架設(shè)精度和質(zhì)量，支撐預(yù)應(yīng)力不宜施加過大。加強(qiáng)施工過程的監(jiān)控監(jiān)測(cè)，制定切實(shí)可行的應(yīng)急預(yù)案。

4.5 深基坑安全

基坑深度較大，采用大放坡并加強(qiáng)支護(hù)措施，確?；影踩€(wěn)定。圍護(hù)形式采用放坡+Φ1 200 mm@1 500 mm鉆孔樁+鋼支撐形式，冠梁頂標(biāo)高設(shè)置5 m寬平臺(tái)，單坡最大高度為10.799 m，平臺(tái)上部土體采用噴混凝土+鋼筋網(wǎng)+土釘防護(hù)，坡率1∶1.25，放坡平臺(tái)采用混凝土+鋼筋網(wǎng)硬化處理，對(duì)主體側(cè)壓力較大段落采用Φ800鋼支撐。

5 隧道主體結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)控制措施

5.1 隧道結(jié)構(gòu)開裂、滲漏水

（1）結(jié)構(gòu)防水設(shè)計(jì)中遵循“以防為主、剛?cè)峤Y(jié)合、多道防線、因地制宜、綜合治理”“防水與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并重和統(tǒng)一考慮”的原則。明挖段隧道結(jié)構(gòu)以自身防水為本，施工縫、變形縫為重點(diǎn)，做到襯砌不漏不滲，防水等級(jí)為一級(jí)。（2）結(jié)構(gòu)根據(jù)洞頂覆土、地表規(guī)劃、地質(zhì)水文情況，采用荷載結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行配筋計(jì)算，結(jié)構(gòu)裂縫寬度小于0.2 mm。（3）主體結(jié)構(gòu)施工完成后進(jìn)行土回填，嚴(yán)格按照要求進(jìn)行回填。（4）進(jìn)行防水系統(tǒng)施工時(shí)，嚴(yán)格按照要求進(jìn)行施工。（5）對(duì)地基承載力不足的地段進(jìn)行地基處理，避免隧道的不均勻沉降導(dǎo)致開裂。（6）主體結(jié)構(gòu)襯砌添加高效抗裂劑32 kg/m3和聚丙烯網(wǎng)狀纖維0.8 kg/m3，防止襯砌的非結(jié)構(gòu)性裂縫。

5.2 結(jié)構(gòu)不均勻沉降或上浮

針對(duì)隧道段基坑內(nèi)地基承載力特征值不足160 kPa的地層，為防止運(yùn)營(yíng)期產(chǎn)生較大沉降，改善仰拱內(nèi)力分布，為滿足基坑抗傾覆穩(wěn)定性，增加基坑內(nèi)側(cè)被動(dòng)土壓力，采用三重管高壓旋噴樁進(jìn)行基底滿堂或裙邊加固，滿堂加固3 m深，墻角處2.65 m×3.0 m（寬×深）。對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗浮驗(yàn)算，在隧道口段結(jié)構(gòu)增加抗浮腳趾，部分淺埋大跨段設(shè)置壓頂梁。

5.3 區(qū)域沉降

隧道平均50 m設(shè)置一道環(huán)向變形縫，變形縫內(nèi)采用變形能力強(qiáng)、技術(shù)指標(biāo)高的防水材料，防止變形造成隧道滲漏水，應(yīng)加強(qiáng)結(jié)構(gòu)主體縱向筋施工力度，減小區(qū)域沉降對(duì)隧道整體的影響，線路兩側(cè)200 m范圍內(nèi)，取水井應(yīng)停止抽排地下水。

5.4 隧道上方規(guī)劃道路、水渠施工對(duì)隧道的影響

加強(qiáng)規(guī)劃道路下方隧道主體結(jié)構(gòu)的環(huán)向配筋，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的承載能力，與規(guī)劃水渠建設(shè)單位做好對(duì)接工作，對(duì)水渠建設(shè)提出要求，采取有效防水、抗浮措施，避免水對(duì)隧道上方覆土的沖刷，并進(jìn)行抗浮驗(yàn)算。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，明挖隧道應(yīng)注重安全風(fēng)險(xiǎn)的管理，將安全風(fēng)險(xiǎn)管理體系運(yùn)用到實(shí)際工作中，在隧道施工前對(duì)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行識(shí)別，根據(jù)具體問題制定隧道風(fēng)險(xiǎn)控制措施和管理辦法，提高了明挖隧道施工的安全性、穩(wěn)定性，保障了明挖法施工的質(zhì)量與水平。