盾構隧道下穿高速公路高架橋施工安全風險評估

張煜

摘要：盾構隧道下穿既有構筑物時，不確定因素很多，在施工中極易發生事故，為降低和控制施工風險，有必要對下穿構筑物的施工風險進行評估。根據盾構隧道下穿東環高速公路概況分析和數值模擬計算，結合既有工程經驗，采用工程經驗評估法對盾構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。

關鍵詞：盾構隧道；下穿；數值模擬；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～黃村站區間位于天河區，區間線路出棠東站后沿泰安北路向東敷設，途徑大片工業廠房及部分居住小區，其中，下穿線路下穿東環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，隧道內左右線縱坡均為25‰，隧道埋深約12.6～14.5m。下穿東環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。橋面分為左、右兩幅，每幅橋寬15.75m，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。位置關系如圖1所示。

下穿區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、軟塑狀粉質黏土、可塑狀粉質黏土層、淤泥質土層、可塑狀殘積粉質黏土等土層。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構的影響分析

為了分析評估隧道施工對既有橋梁基礎的變形影響，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的變形影響。本次計算選擇東環高架橋24號墩進行分析，地質資料參照25號墩處地質資料，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節點單元、121個5節點板單元、208個5節點界面單元。承臺、樁、隧道均采用板單元進行模擬。

212土層參數

根據地質資料，將地面以下劃分為9個土層，具體參數列見表1。

2.3計算結果

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。

從計算結果可以看出隧道施工后土層發生變形，引起既有橋梁樁基發生位移，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。均滿足規范要求，可以滿足既有橋梁安全運營。

3盾構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風險目標和工程確定的可接受風險指標構建，風險發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濟損失、人員傷亡、工期延誤、環境危害等幾方面進行衡量。根據事故發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

根據盾構隧道下穿東環高速公路概況分析和數值模擬計算，結合既有工程經驗，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，隧道結構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。采用工程經驗評估法對盾構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盾構下穿高速路高架橋風險評估

通過對盾構隧道下穿東環高速公路風險識別與分析結果可以看出，盾構隧道下穿高速公路橋梁段，雖然圍巖條件差，盾構頂埋深相對較小且橋梁部分樁基距離地鐵結構較近，但由于橋梁下部樁基設計樁長，超過了盾構施工深度范圍，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構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、財產損失。endprint