隧道工程風(fēng)險一體化控制研究

劉曉龍 武景峰 左敏鎖 湯德蕓

*通訊作者：劉曉龍，1983年10月，男，漢族，陜西鳳翔人，現(xiàn)就職于中建一局集團(tuán)第五建筑有限公司，高級工程師，本科。研究方向：道路與橋梁。

摘 ?要：風(fēng)險控制就是對項目風(fēng)險提出處置和辦法。通過對項目風(fēng)險辨識、估計、評價，把項目風(fēng)險發(fā)生的概率、損失嚴(yán)重程度以及其他因素綜合起來考慮。本文以雙連拱隧道為研究對象，分析了從投標(biāo)到項目管理，從設(shè)計到施工的風(fēng)險一體化控制策略。施工風(fēng)險一體化管控可以確保工程安全運行，有效應(yīng)對風(fēng)險，實現(xiàn)風(fēng)險管理的目的;同時工程項目的安全管理不是一個環(huán)節(jié)、一步就能到位的，他需要各個環(huán)節(jié)的有效配合。

關(guān)鍵詞：風(fēng)險控制;隧道工程;一體化風(fēng)險控制

一、前言

風(fēng)險管理中風(fēng)險應(yīng)對的措施包括事前、事中和事后措施，針對隧道工程，主要在工程開工前和開工過程中[1]。目前在隧道工程中采取的風(fēng)險控制手段主要有減輕風(fēng)險、預(yù)防風(fēng)險、回避風(fēng)險、轉(zhuǎn)移風(fēng)險、接受風(fēng)險等。雖然影響隧道施工風(fēng)險的因素很多，但客觀的因素是隧道所處的地質(zhì)條件和自然環(huán)境，而主觀的因素就是人們對地質(zhì)的認(rèn)識能力和改造環(huán)境的能力[2～3]。根據(jù)施工的具體條件實施動態(tài)的管理是進(jìn)行工程風(fēng)險規(guī)避的重要手段[4]。因此本文從風(fēng)險控制角度出發(fā)，針對雙連拱隧道，提供施工應(yīng)對措施和監(jiān)測預(yù)防措施，從項目前期開展到項目結(jié)束運營管理，整個生命周期內(nèi)的隧道施工風(fēng)險管控為基礎(chǔ)提出相應(yīng)的控制技術(shù)和應(yīng)對方法。

二、隧道風(fēng)險控制施工對應(yīng)措施

（一）施工安全管理要求

施工質(zhì)量出問題，管理必先有問題;管理一旦有問題，質(zhì)量必定出問題。抓好質(zhì)量工作，應(yīng)從管理著手，以制度為手段，做到“教、管、查、罰”全過程管理。

1. 制度化管理

質(zhì)量管理部門應(yīng)出臺施工質(zhì)量管理辦法，明確各級質(zhì)量責(zé)任人相關(guān)責(zé)任義務(wù)，明確施工質(zhì)量問題處理處罰標(biāo)準(zhǔn)，一級管控一級，層層抓起，常抓不懈，對施工質(zhì)量問題及相關(guān)責(zé)任人絕不姑息，做好質(zhì)量管理工作的制度化保障。

2. 崗前教育培訓(xùn)

崗前教育培訓(xùn)是重要基礎(chǔ)。對施工的現(xiàn)場人員和管理人員必須進(jìn)行崗前培訓(xùn)。

3. 過程控制

對于施工過程中的不良施工行為和質(zhì)量問題，要第一時間發(fā)現(xiàn)、整理、整改，把質(zhì)量問題消滅在萌芽狀態(tài);在工序結(jié)束后，應(yīng)嚴(yán)查細(xì)查，對不合格工序立即安排整改或返工處理，同時對相關(guān)質(zhì)量責(zé)任人進(jìn)行問責(zé)。

（二）施工工藝要求

1. 超前支護(hù)

嚴(yán)格控制好超前小導(dǎo)管設(shè)計，小導(dǎo)管的外插角應(yīng)控制在5°～10°以內(nèi)，避免造成不必要超挖。

2. 開挖施工

嚴(yán)格控制循環(huán)進(jìn)尺，一次開挖不宜過長。開挖后立即用噴射混凝土封閉開挖斷面。

3. 初期支護(hù)施工

（1）鋼架應(yīng)做好超欠挖、垂直度控制。

（2）螺栓應(yīng)安裝緊固無松動。

（3）連接筋原有設(shè)計不得更改，間距、數(shù)量是重點關(guān)注對象。內(nèi)外雙層設(shè)置，應(yīng)與鋼架翼板滿搭接雙縫焊。焊縫要飽滿且厚度不小于0.3d。

（4）鋼架內(nèi)外均設(shè)有雙層鋼筋網(wǎng)，并應(yīng)焊接牢固。鋼筋網(wǎng)搭接預(yù)留長度不小于1～2個網(wǎng)格。

（5）噴射混凝土表面應(yīng)光滑，保證無錨桿、鎖腳及鋼筋外露，平整度應(yīng)滿足不大于10cm/1m;噴射混凝土平均厚度及最小厚度應(yīng)滿足規(guī)范要求;初支的后側(cè)部位的噴護(hù)填充要充實，不允許空隙存在。

4. 仰拱、仰拱回填施工

為保證施工安全，仰拱混凝土應(yīng)及時施作，支護(hù)應(yīng)盡快封閉成環(huán)，增加其整體應(yīng)力，保證支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。噴錨支護(hù)全斷面施工完成后，根據(jù)圍巖收斂量測的結(jié)果，拆除臨時支護(hù)，開挖仰拱并澆筑混凝土，完成仰拱填充。

施工時應(yīng)注意以下幾點。

（1）仰拱應(yīng)及時施工，且仰拱一次開挖長度不得超過6m。

（2）施工前必須清除隧道洞底虛渣、淤泥、雜物，超挖部分用同級混凝土進(jìn)行回填。

（3）仰拱混凝土應(yīng)一次澆注，整體成型，填充混凝土應(yīng)在仰拱混凝土終凝后澆筑。當(dāng)填充混凝土強(qiáng)度達(dá)到5Mpa時，方可允許行人通行，當(dāng)達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度的100%時，方可允許車輛通行。

（4）仰拱及仰拱填充施工前，上循環(huán)混凝土仰拱接縫必須鑿毛，并按設(shè)計要求設(shè)置止水帶，做好防水。

（5）根據(jù)設(shè)計要求，施工縫處鋼筋應(yīng)斷開，并注意應(yīng)與拱墻襯砌施工縫處于同一垂直面。

5. 二次襯砌施工

為確保隧道的穩(wěn)定和施工安全，應(yīng)根據(jù)支護(hù)情況及監(jiān)控量測數(shù)據(jù)，并在監(jiān)理工程師同意的情況下及時進(jìn)行二次襯砌施工，二次襯砌要緊跟掌子面，及時進(jìn)行施工。

（三）步距控制要求

1. 嚴(yán)控安全步距

軟弱圍巖隧道施工關(guān)鍵工序間距應(yīng)符合要求。各作業(yè)面開挖進(jìn)尺短，仰拱、二次襯砌緊跟，嚴(yán)防步距超標(biāo)。具體要求如下。

（1）仰拱距掌子面距離：Ⅲ級圍巖不大于90m;Ⅳ級不大于50m，Ⅴ級及以上圍巖不超過40m或按設(shè)計要求。

（2）二次襯砌距掌子面距離：Ⅰ、Ⅱ級圍巖不大于200m，Ⅲ級圍巖不大于120m，Ⅳ級圍巖不大于90m，Ⅴ級及以上圍巖不大于70m。

（3）仰拱開挖前，要先進(jìn)行鋼架鎖腳錨桿施工，待施工完畢，方可進(jìn)行仰拱開挖。

（4）確保隧道洞底開挖后初期支護(hù)及時跟進(jìn)施工，初期支護(hù)應(yīng)盡早封閉成環(huán)。

2. 合理交叉平行作業(yè)

交叉平行作業(yè)和導(dǎo)坑開挖作業(yè)要嚴(yán)格按照施工工藝進(jìn)行。確保作用體系的穩(wěn)定性，避免因工序錯亂而帶來的風(fēng)險。

（四）注漿施工要求

根據(jù)實際地質(zhì)情況，對松散地層進(jìn)行改良，以及止水，提高隧道洞頂及洞側(cè)的抗壓強(qiáng)度和粘結(jié)性，以達(dá)到加固的目的，保證洞室開挖時，拱頂土體不坍塌，為確保暗挖施工順利進(jìn)行以及施工的安全，應(yīng)經(jīng)常進(jìn)行注漿施工。

1. 周邊注漿

為防止在開挖過程中周邊輪廓范圍出現(xiàn)圍巖軟化、剝落，涌水涌砂，大面積滲水等情況發(fā)生，采用全斷面周邊預(yù)注漿提前對周邊輪廓進(jìn)行加固。漿液為水泥-水玻璃雙液漿，水灰比（質(zhì)量比）：0.6∶1～1∶1，水泥漿與水玻璃比（體積比）：1∶1～1∶0.6。具體比例可根據(jù)實際情況調(diào)整。

2. 徑向注漿及隧底注漿

為了加固初支背后圍巖、減少自然沉降，使初期支護(hù)體系與圍巖共同承擔(dān)應(yīng)力變化，在初期支護(hù)噴射混凝土強(qiáng)度達(dá)到100%設(shè)計強(qiáng)度后，對初支背后一定范圍的巖體和可能存在的空洞進(jìn)行固結(jié)、回填，保證施工質(zhì)量及施工安全。

對于未封閉成環(huán)區(qū)域，初支背后局部存在空洞或圍巖滲水流泥情況嚴(yán)重造成無法進(jìn)行下部導(dǎo)坑施工時，必要時，初期支護(hù)背后注漿加固采用水泥-水玻璃雙液漿代替水泥單液漿。

3. 掌子面局部注漿

當(dāng)掌子面局部出現(xiàn)突水涌泥時，應(yīng)立即封閉掌子面，對其及影響范圍進(jìn)行注漿，漿液根據(jù)實際情況現(xiàn)場確定。漿液配比、壓力同周邊注漿。

三、隧道風(fēng)險控制監(jiān)測預(yù)防措施

施工過程的動態(tài)控制和信息化指導(dǎo)施工通過監(jiān)測來實現(xiàn)，掌握地表、地下水、支護(hù)結(jié)構(gòu)的狀態(tài)以及施工對既有建筑物的影響。如果數(shù)據(jù)發(fā)生異常變化，按要求進(jìn)行預(yù)警。通過加強(qiáng)集中監(jiān)測，及時采取相應(yīng)的加固、加強(qiáng)支護(hù)、增加臨時支撐封閉成環(huán)等控制措施，可以有效保證施工和既有建筑物的安全。

（一）淺埋段地表沉降監(jiān)測

在隧道開挖縱橫向上，每個測點埋設(shè)在隧道直徑的（3～4）倍洞徑以外的區(qū)域，可埋設(shè)兩個基點，參照標(biāo)準(zhǔn)水準(zhǔn)點埋設(shè)，進(jìn)行互檢。所有基點應(yīng)用附近水準(zhǔn)點進(jìn)行聯(lián)測，以獲取原始高程。

（二）洞周收斂監(jiān)測

在避免爆破作業(yè)破壞的前提下，每個測點應(yīng)盡可能靠近工作面埋設(shè)，一般為0.5～2m，并在下一次爆破循環(huán)前獲得初始讀數(shù)。初始讀數(shù)應(yīng)在開挖開始后12小時內(nèi)讀取，最遲不超過24小時，初期變形值應(yīng)在下一個開挖循環(huán)前完成讀取。

采用鋼尺收斂計進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，每次讀數(shù)兩次，兩次讀數(shù)之差不得大于0.02mm，否則應(yīng)重復(fù)測讀。

（三）拱頂下沉監(jiān)測

收斂預(yù)埋鉤埋設(shè)在各量測斷面的拱頂中心和兩側(cè)，埋設(shè)方式和斷面位置相關(guān)要求與周邊收斂量測相同。

采用精密水準(zhǔn)儀配合鋼尺收斂計進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

（四）圍巖壓力監(jiān)測

壓力盒設(shè)置在圍巖與初期支護(hù)之間，即測量圍巖壓力;壓力盒設(shè)置在初期支護(hù)和二次襯砌之間，即測量兩層支護(hù)之間的壓力。

測點布置時，應(yīng)布置在具有代表性的斷面的關(guān)鍵部位（如拱頂、拱腰、拱腳、側(cè)墻、仰拱），每個測點應(yīng)逐一編號。壓力盒埋設(shè)時，壓力盒的受壓面應(yīng)面向圍巖。

（五）鋼拱架內(nèi)力監(jiān)測

通過鋼筋應(yīng)力計或鋼表面應(yīng)變計測量。鋼筋應(yīng)力計沿鋼架內(nèi)外邊緣成對布置。型鋼拱架則采用鋼表面應(yīng)變計或鋼筋應(yīng)力計，其他測量方法同格柵鋼拱架。

根據(jù)鋼筋應(yīng)力計的頻率-軸力標(biāo)定曲線，可將實測數(shù)據(jù)直接換算成相應(yīng)的軸力值，然后根據(jù)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相關(guān)計算方法，算出鋼筋軸力計所在的拱架截面的彎矩，在每個鋼筋應(yīng)力計的分布位置按一定的比例畫出隧道橫斷面上的軸力和彎矩值點，并將各點連接起來，形成隧道鋼拱架的軸力和彎矩分布圖。

（六）洞內(nèi)外變形觀測

洞內(nèi)外觀察分為開挖工作面觀察和完成施工段觀察兩部分。每次開挖后應(yīng)進(jìn)行一次開挖工作觀察，包括節(jié)理裂隙發(fā)育情況、工作面穩(wěn)定情況、涌水情況、底板是否抬升隆起等，在地質(zhì)情況基本不變時，可每天進(jìn)行一次，觀察后繪制開挖工作面地質(zhì)素描（地質(zhì)簡圖）。

四、結(jié)論

按照要求做好隧道施工風(fēng)險管控，通過風(fēng)險動態(tài)跟蹤管理，風(fēng)險預(yù)警，對提高施工安全性和避免發(fā)生施工安全事故具有重要作用;通過多種防塌防變形安全控制手段，為隧道安全施工提供了有力的支撐，有效地預(yù)防地質(zhì)風(fēng)險的發(fā)生;對工程自身結(jié)構(gòu)及周邊環(huán)境開展監(jiān)測工作，信息化指導(dǎo)施工，使隧道的安全施工風(fēng)險降低;風(fēng)險控制貫穿整個施工階段，通過各個環(huán)節(jié)的一體化的風(fēng)險管控，確保了地面沉降控制，保證了地面即有建筑物的安全，保證了本隧道結(jié)構(gòu)施工安全能夠有效控制。

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