淺埋暗挖隧道施工安全評價和風險分析研究

李 偉

（中鐵二十局集團有限公司，河南南陽474350）

城市中地鐵隧道大多數埋深較淺，地面建筑復雜，交通設施和地下管線多，地鐵隧道的施工出現的各類風險因素給整個城市帶來的損失和影響無法避免。所以建立完善的城市淺埋暗挖隧道施工安全評價和風險評估體系，對風險因素進行預防、控制、避免具有重大的意義，將風險危害和對社會的影響程度降到最低，是城市隧道建設非常緊要的事情。

1 淺埋暗挖法隧道施工簡介

由于地面交通量多，地面建筑復雜等，雖然隧道埋深較淺，但采用明挖方式會對地面交通和附近居民造成干擾，并對周圍環境造成一定程度的危害。 而采用暗挖法可以很好的解決這一問題。

這種方法和新奧法的施工原理相似，施工時，“管超前、嚴注漿、短開挖、強支護、快封閉、勤測量”。 利用超前支護的手段，提高掌子面的穩定性，防止圍巖的坍塌，開挖時限制一次進尺的長度，在埋深過淺的地段加強初級支護。 施工中要經常對圍巖變形進行監測測量，掌握施工動態，及時的記錄反饋數據。 對于單一隧道，為了控制地表沉降，一般采用：正臺階法、單側壁導坑法、雙側壁導坑法、中隔壁法等。

淺埋暗挖法具有高度的靈活性，適用于各種斷面形式和變斷面形式下的地質條件和地下水條件。其存在的主要問題有：施工速度慢、施工步驟復雜，很難控制襯砌和防水施工質量。

2 影響隧道施工的安全性因素

城市淺埋隧道安全風險具有突變性、不確定性、多變性和不易控制性等特點，并涉及多個社會單位，協調工作量大。主要安全因素有軟土、巖溶、滲水等地層水文地質條件；地下管涌、暗河、橋樁、地下通道、地下管道等地下既有建筑物；地面建筑物基礎等；另外新技術和新工藝設備等運用也給施工安全帶來一定的風險。

2.1 工程地質和水文地質條件

地質條件和水文條件是影響地下工程施工的最基本因素，地鐵施工中很難對地層情況進行改良，地層條件和水文條件的好壞直接影響著施工的難度和周邊的環境，對施工要求、進度、安全以及質量有很大作用。

地鐵隧道區域內的工程地質和水文條件是經過漫長的年代形成的，具有很大的隨機變異性和離散性，地層中有大量水活動，地質勘探是只能通過個別測試點的分析取樣，得到近似值，這些復雜的因素給地鐵施工帶來了很大的風險。 淺埋暗挖時，開挖短時間內涂層具有一定的自穩能力，采取適當的支護措施，可以使圍巖形成薄壁支護結構，主要適用于粘性土層、砂土層等地質條件。 工程地質和水文條件對淺埋暗挖的城市隧道造成的可能性風險由一下幾個方面：

在圍巖條件差的地段，可能引起隧道周圍土體的較大變形，造成結構的坍塌；

在含水較多的軟弱地區，開挖后地層自穩能力差，開挖的上層有可能是已經經過人工干預的回填土，或具有地質鉆孔、人工空穴等給淺埋暗挖施工造成安全隱患，造成坍塌后還可能對周圍地面交通和建筑物的安全造成影響；

在具有隔水層的地段，開挖時不斷涌水，延緩初級支護時間，收斂變形較大，水流在仰拱長時間寄存還會造成工作面的坍塌。

2.2 地下管線的影響

城市地鐵施工不可避免的會對周圍地面埋設的各種管線造成影響，影響其正常使用，處理不當的話會造成嚴重的后果，施工時要加強管理能力和工人的技術操作水平，并對地層、地下水和地下管線的情況了解清楚，地下管線容易造成的安全風險主要有：

在地下管線復雜的地方，管線交叉移動不便，施工機具沒法工作，造成施工難度的增加和施工效率的降低；

燃氣管道和電纜發生破裂后可能引起漏電爆炸危害，給施工人員和施工進度造成影響；

過水管道破裂后會在施工場地留下積水，造成路面的塌陷和隧道結構的穩定性破壞，上部水囊破壞的話還會造成路面額開裂，出現空洞、塌陷的維修。

某某公司在通信網路基礎上已建成地調接入網，在主調和備調分別建有核心路由器，供匯聚及接入路由器通信，主備調任意一臺核心路由器故障不影響自動化系統通道，某某公司110kV變電站自動化系統通道接入拓撲如圖2所示。

2.3 埋深和斷面類型的影響

淺埋暗挖隧道施工時，上層覆蓋的土較薄，地層加固措施不當的話很容易引起地面的移動現象。 覆跨比是判斷圍巖穩定性的一個指標，是指拱頂土層厚度和隧道結構的跨度之比，比值盡量大于1。

隧道的界面類型影響圍巖應力，根據界面類型可以分析隧道結構是否合理，另外界面類型還對控制地表沉降有一定的作用。 所以界面類型對圍巖的穩定性也有一定的影響，例如設置仰拱就是為了使界面更加合理。

2.4 近接條件下風險因素

在臨近已有隧道進行隧道的開挖時，兩隧道都會發生應力的重分布，打破原來的平衡狀態，當梁隧道的中心線間距小于三倍的隧道洞徑時，隧道的開挖會有疊加影響，應適當拉開開挖距離，盡可能的控制在30m 以上。

在開挖隧道旁邊有建筑物存在時，控制好淺埋暗挖施工的風險因素是一個重大問題。要控制好拱頂的沉降量，以免使建筑物出現下沉，裂縫。針對不同類型的建筑制定風險評估方案，采用相應的處理措施。周邊建筑物同時也會影響隧道的開挖施工， 限制其工作場地的范圍，增加施工難度，建筑物本身的荷載對圍巖造成一定的負擔。另外，周邊大的交通量也會產生一定的震動荷載，雖然比較小，但對淺埋暗挖隧道還是有些影響的。

2.5 施工安全管理

在施工過程中，由于操作的不科學性也會造成危害：例如沒有及時的排出隧道內的有害氣體，通風措施不好回引起爆炸和火災，不僅造成人員的傷亡還會對穩定性產生一定的影響。施工設備上要做好安全管理，管理不當，造成使用混亂，容易引發漏電、火災等風險。在施工過程中還有做好對人員的安全意識教育和技術操作教育。

3 淺埋暗挖隧道的風險評估分析

風險評估的內容大致可以分為四個方面：風險識別、風險定量、風險評估、提出控制措施。首先通過風險識別分析對象存在的風險因素，然后確定這些因素發生的概率以及發生后引起的后果，風險評估則是將這些定量化的風險值與預定的風險值進行比較，判斷結果是否在接受的范圍內，最后根據評估結果采取相應的措施進行平排除、降低處理。

在淺埋暗挖隧道施工中，要充分利用淺埋暗挖隧道施工收集到的信息和分析人員的經驗積累，對以上影響淺埋暗挖隧道施工安全性的單個風險因素進行評估，并根據風險的大小進行排序，然后對整個隧道施工項目進行整體的風險評估，指定相應的防治措施。

要做到全面性原則，選取具有代表性的因素；整體性原則，將個指標之間有機的結合起來；層次結構性原則，使各個指標之間有一定的層次從屬和相互作用關系，形成一個有序、系統的結構；穩定性結構，對那些偶然因素可以不予考慮， 只選取具有比較有規律性的進行評估；可考核性原則，對一個評估周期內的施工安全進行考核、評估，并對下一個時期安全工作進行部署。

各項原則并不是孤立的，而是相互聯系在一起的，在施工過程和安全管理方法分析中，要明確各個評價對象。 將淺埋暗挖隧道的淺埋條件、接近條件、施工安全管理、隧道支護措施以及具體的施工方法等主要風險因素結合起來，得出整個項目的安全評價和風險分析結果。

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