明挖隧道施工安全風險分析及控制措施

（中鐵二十二局集團第四工程有限公司，天津 301700）

1 工程概況

榆安1號隧道（DK32+700～DK37+250）全長為4 550 m，隧道位于北京市大興區禮賢鎮，采用基坑明挖施工，應用放坡+鉆孔灌注樁圍護+鋼支撐支護形式。

深基坑開挖深度為22～24.0 m，開挖寬度為14.2～15.7 m；圍護鉆孔樁樁徑為0.8～1 m，間距1.1～1.35 m，樁長23～34 m；水泥攪拌樁樁徑0.85 m，間距0.6 m，樁長22～33 m；冠梁截面形式為1 m×0.8 m及1 m×1.2 m，總長6.86 km（兩側）；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結構，水泥攪拌樁作為止水帷幕，基坑開挖選用反鏟挖掘機分段分層開挖，人工配合汽車吊進行鋼支撐。開挖完畢后進行樁間網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，邊墻模架系統使用分體式襯砌臺車，拱頂采用橫撐骨架復合式臺車進行澆筑，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 明挖隧道風險識別

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，基坑地層以粉質黏土、粉土、細砂為主，地層含水量不均勻，基坑易產生滲漏水。部分段落基坑側壁存在粉砂地層，地層自穩性差，基坑開挖過程樁間砂層出現流沙現象，影響基坑正常開挖施工，危及基坑穩定性。滲漏水嚴重時，基坑易發生涌水等風險事故，會導致基坑失穩坍塌。

3.2 基底軟化及隆起

由于降水不到位或坑內排水不及時，水匯集到基底會造成基底軟化，使基坑產生變形，影響基坑安全，降低了基底承載能力，易導致隧道結構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，易發生基底隆起的風險，威脅基坑及附近建筑物的安全。

3.3 支撐失穩或脫落

在基坑施工過程中，如支撐架設不及時或架設不牢靠，會造成基坑內支撐失穩或脫落。嚴重時會產生連鎖反應，引起基坑內的支撐脫落，基坑坍塌，造成施工人員傷亡和施工機械受損。

3.4 圍護結構、基坑變形過大

內支撐施工不及時或內支撐預加應力過小均會造成圍護結構水平變形過大。水平變形過大引起基坑周邊建（構）筑物變形，增加建構筑物不均勻沉降，嚴重時導致建筑物開裂，影響基坑穩定性。

3.5 深基坑安全

明挖基坑開挖深度較深，基坑深度范圍內的土質較軟，荷載大，施工時存在基坑失穩風險。

3.6 明挖隧道主體結構風險

（1）隧道結構開裂、滲漏水。隧道主體結構施工完成后，進行回填的過程中，未按照要求進行分層回填，導致填土側與非填土側地基受力差別較大，產生不均勻沉降，導致隧道襯砌產生裂縫及漏水。在施作防水時未按照要求施工，隧道防水效果差導致襯砌出現滲漏水。混凝土冬季施工時，由于未按照要求采取有效措施，導致襯砌產生裂紋而漏水，在軟弱地層區域地基不均勻沉降，導致結構不均勻沉降而開裂漏水。

（2）結構不均勻沉降或上浮。主體結構施工完成后，未按照要求進行分層回填，導致填土側與非填土側地基受荷載差別較大，產生不均勻沉降。由于降水未達到降水深度，地基遇水軟化使結構產生不均勻沉降。進行地基處理時，地基未達到設計要求的強度，導致地基及結構不均勻沉降，在地下水位高或隧道頂部土方開挖的情況下，可能發生隧道上浮的風險。

（3）區域沉降風險。隧道部分區域位于沉降漏斗區，近三年平均沉降速率為22～36 mm/年，遭受地面沉降地質災害的危險性大。地面沉降是一種區域性、均勻緩變的地質災害，不具有突發性，會隨時間的積累產生不均勻沉降。

（4）隧道上方規劃道路、水渠施工對隧道的影響。隧道上方規劃多條道路，在后期施工時會產生施工荷載，在后期正常使用的過程中，增加了隧道上方的超載，不利于隧道主體結構的穩定。

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

4 明挖隧道風險控制措施

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止水帷幕段基坑采用坑內降水，其余明挖段采用坑外降水措施，沿隧道基坑設置兩排降水井，基坑開挖前進行坑外降水施工，確保基坑內沒有明水作業；地下水位低于基底，可根據情況設置地下水位觀測井，及時掌握地下水位變化情況，再進行信息化施工。

根據地下水位情況，對地下水采取合理的處理措施，任何一層土方開挖前，應先檢查觀測井水位是否控制在設計要求安全水位以下，不可盲目開挖，避免出現透水、突涌事故。沿線基坑側壁存在粉砂地層，地層自穩性差，為防止基坑開挖過程樁間砂層出現流沙現象，確保基坑施工安全，對該地層的基坑側壁采用小導管注漿加固，基坑放坡坡頂、坡底兩側設置側溝，防止明水流入基坑內[1]。

4.2 基底軟化及隆起

開挖前基坑提前降水對地層進行預加固，基坑開挖過程中，采取分層、分部開挖基坑，及時架設支撐；基坑底部開挖時預留0.5 m，待上部工程施工完成后，采用人工開挖方式對預留部分進行處理，減少基坑底部隆起、基坑變形。隧道開挖至基底后，坑內不應有明水，開挖至指定高程后應盡快施工仰拱底墊層及仰拱。

4.3 支撐失穩或脫落

鋼支撐應設置防墜落裝置，加強支撐施工質量監督，對施工完成后內支撐預加軸力進行監控量測。及時加強對基坑圍護結構的監測，若發現存在較大突變，應立即核查相應位置支撐是否松動或脫落，及時調整架設支撐，做好應急處理措施及應急預案。

設立監測體系，建立信息反饋系統，支撐體系的穩定性、地表沉降、邊坡穩定、水位變化等應安排專人監測，并做好觀測記錄，及時對數據進行分析，根據監測情況，采取相應的技術措施。

4.4 基坑變形過大

根據周邊環境合理確定基坑安全等級及變形控制標準，明挖放坡段安全等級為三級，支護結構重要性系數為0.9，其余段圍護結構安全等級均為一級，支護結構的重要性系數為1.1。

基坑深度≤20 m，基坑周圍無重要保護建筑物的基坑變形控制等級為二級，地面最大沉降量≤0.2%H，且≤35 mm，圍護結構最大水平位移≤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等級為一級，圍護結構最大水平位移≤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，嚴格按照“先支撐、后開挖”原則，按照設計進行施工，及時架設支撐，確保支撐架設精度和質量，支撐預應力不宜施加過大。加強施工過程的監控監測，制定切實可行的應急預案。

4.5 深基坑安全

基坑深度較大，采用大放坡并加強支護措施，確保基坑安全穩定。圍護形式采用放坡+Φ1 200 mm@1 500 mm鉆孔樁+鋼支撐形式，冠梁頂標高設置5 m寬平臺，單坡最大高度為10.799 m，平臺上部土體采用噴混凝土+鋼筋網+土釘防護，坡率1∶1.25，放坡平臺采用混凝土+鋼筋網硬化處理，對主體側壓力較大段落采用Φ800鋼支撐。

5 隧道主體結構風險控制措施

5.1 隧道結構開裂、滲漏水

（1）結構防水設計中遵循“以防為主、剛柔結合、多道防線、因地制宜、綜合治理”“防水與結構設計并重和統一考慮”的原則。明挖段隧道結構以自身防水為本，施工縫、變形縫為重點，做到襯砌不漏不滲，防水等級為一級。（2）結構根據洞頂覆土、地表規劃、地質水文情況，采用荷載結構模型進行配筋計算，結構裂縫寬度小于0.2 mm。（3）主體結構施工完成后進行土回填，嚴格按照要求進行回填。（4）進行防水系統施工時，嚴格按照要求進行施工。（5）對地基承載力不足的地段進行地基處理，避免隧道的不均勻沉降導致開裂。（6）主體結構襯砌添加高效抗裂劑32 kg/m3和聚丙烯網狀纖維0.8 kg/m3，防止襯砌的非結構性裂縫。

5.2 結構不均勻沉降或上浮

針對隧道段基坑內地基承載力特征值不足160 kPa的地層，為防止運營期產生較大沉降，改善仰拱內力分布，為滿足基坑抗傾覆穩定性，增加基坑內側被動土壓力，采用三重管高壓旋噴樁進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）。對結構進行抗浮驗算，在隧道口段結構增加抗浮腳趾，部分淺埋大跨段設置壓頂梁。

5.3 區域沉降

隧道平均50 m設置一道環向變形縫，變形縫內采用變形能力強、技術指標高的防水材料，防止變形造成隧道滲漏水，應加強結構主體縱向筋施工力度，減小區域沉降對隧道整體的影響，線路兩側200 m范圍內，取水井應停止抽排地下水。

5.4 隧道上方規劃道路、水渠施工對隧道的影響

加強規劃道路下方隧道主體結構的環向配筋，增強結構的承載能力，與規劃水渠建設單位做好對接工作，對水渠建設提出要求，采取有效防水、抗浮措施，避免水對隧道上方覆土的沖刷，并進行抗浮驗算。

6 結語

綜上所述，明挖隧道應注重安全風險的管理，將安全風險管理體系運用到實際工作中，在隧道施工前對風險進行識別，根據具體問題制定隧道風險控制措施和管理辦法，提高了明挖隧道施工的安全性、穩定性，保障了明挖法施工的質量與水平。