盾構隧道垂直下穿加油站的風險分析*

卓旭煬 李立云

(1.中鐵大橋勘測設計院集團有限公司 武漢 430050；2.北京工業大學城市與工程安全減災省部共建教育部重點實驗室 北京 100124)

隨著城市軌道交通的發展，區間隧道下穿加油站的情況越來越多。目前已經初步形成了比較成熟的處理經驗。比如，2015年青島某區間隧道下穿加油站[1]，鄭州地鐵1號線03標區間由東往西,下穿中石化西郊北加油站[2]等。

已建成的地鐵區間隧道中，基本上是以側下穿油庫的方式下穿加油站，施工及運營過程中對油庫的影響較小。武漢地鐵紙坊線新路村站～大花嶺站區間采用盾構法施工，由于線路條件的限制，右線以垂直下穿的方式通過加油站的儲油罐。由于加油站的特殊性，針對隧道垂直下穿地下儲油罐的情況，進行隧道施工、運營期的風險分析是十分必要的。

1 工程概況

武漢地鐵紙坊線新路村站-大花嶺站區間右線隧道與儲油罐罐室底板豎向凈距約10.6 m，地層從上至下依次為雜填土、粉質黏土、淤泥質粉質黏土、粉質黏土、強風化泥質砂巖。儲油罐罐室結構底埋深約4.45 m，底板平面尺寸為9.8 m×13.8 m，為0.5 m厚C25混凝土板，下設0.1 m厚C15素混凝土墊層，基礎持力層為砂石墊層，厚1.0 m，罐室側墻采用MU10灰砂磚、M10水泥砂漿砌370 mm厚墻。油罐為圓柱形鋼結構，直徑2.4 m，長度為7.1 m，油罐間及油罐與側墻間凈距為0.5 m，罐體周圍采用砂分層均勻填實。隧道與儲油罐關系見圖1。

圖1 隧道與儲油罐關系圖(單位：m)

該加油站設有30 m3臥式油罐4個，其中汽油罐3個，柴油罐1個，總儲量105 m3，為二級加油站。

依據GB 50652-2011 《城市軌道交通地下工程建設風險管理辦法》，下穿加油站油庫的盾構隧道的環境風險分級為一級。

2 區間盾構隧道施工對加油站的影響

區間隧道在施工過程中的最大環境風險就是引起隧道上方土層沉降或隆起過大，造成儲油罐的破壞。

按《周禮》的說法：“以天產作陰德，以中禮防之。以地產作陽德，以和樂防之。以禮樂合天地之化，百物之產，以事鬼神，以諧萬民，以致百物?！雹芤馑际?，祭天地時，用天產的動物“六牲”之類作為“陰德”即婚禮上的供品，以中禮來防止淫佚；以地產的谷物作為“陽德”即鄉射、鄉飲酒禮上的供品，以和樂來防止爭執。總之，以禮樂來整合天地，侍奉鬼神，諧和萬民，實現豐收。良渚時代的祭禮具體如何進行我們不得而知。可以推定的是，它必然也是有許多講究的，表現為繁縟的禮節。

軌道交通工程中，盾構隧道下穿建(構)筑物的案例較多。張天明[3]結合工程實際對盾構下穿建構筑物時盾構機參數控制做出論述，楊益等[4]分析了富水地區盾構下穿建構筑物的機理及控制措施，謝雄耀[5]、朱合華[6]等論述了盾構下穿老舊建筑物的微沉降的控制技術。綜合上述文獻可知，施工的關鍵是要控制好地層變形。施工過程中導致地層變形的主要因素如下。

施工過程中針對地面沉降和儲油罐基礎沉降制定了監測方案，其監測點布置方案見圖2。

1) 盾構施工過程中推力導致土層彈塑性變形形成土層的隆起或沉降。

對實施ERCP的患者，臨床護士在圍手術期應該注重患者的心理狀況，有針對性的放松訓練具有穩定患者心率和血壓作用，尤其在術前和術后24 h內進行，不僅能保證患者手術得以順利進行，預防并發癥，而且能夠平穩患者生命體征，促進康復。

2) 盾構隧道施工過后，土層應力釋放導致土層沉降。

3) 土層損失引起土層沉降。

4) 盾構隧道同步注漿、二次注漿對地層擾動引起地面隆起或沉降。

2.1 控制油罐下沉的主要措施

針對以上影響土層變形的主要因素，盾構隧道下穿加油站過程中制定了如下措施。

2.1.1土倉壓力管理

土倉壓力應選取適中，太小容易導致掌子面不穩和地面沉降過大，過大容易引起地面隆起過大。經過加油站前試驗段的反饋，頂部土倉壓力設定在0.11～0.13 MPa，土倉壓力波動控制在-0.02～0.02 MPa范圍內。

2.1.2刀盤扭矩和轉速控制

刀盤轉矩是保證盾構正常掘進的關鍵參數，其大小與刀盤大小、刀盤開口率、刀的布置形式、接觸壓力、切削深度、土層性質等密切相關。根據加油站前試驗段的調試，下穿加油站段的刀盤轉矩保持恒定且不超過1 800 kN·m，刀盤轉速設定為1.1～1.3 r/min。

2.1.3渣土改良

改良渣土可以減少刀具、刀盤的摩擦力；改善渣土的流塑性，增加渣土的流動性、止水性，降低刀盤扭矩；增加螺旋輸送機的止水性可防止出土口噴涌。下穿加油站段主要采用泡沫劑改良。泡沫劑原液比例為2.5%，發泡倍率為20倍，單管注入速率為150 L/min。當渣土改良效果較差時，增加泡沫劑注入管路，或增大泡沫劑注入速率；若出現土倉壓力快速升高，但渣土改良效果未明顯變好時，在持續增加泡沫劑注入的前提下，可適當降低泡沫劑發泡倍率或提高泡沫劑原液比例。

首先對齒面的接觸強度進行校核，齒輪分度圓上的切向力Ft=131 995.4 N，接觸應力σH和允許范圍內接觸應力[σH]的計算公式如式(11)所示：

2.1.4同步注漿、二次補漿等措施

同步注漿、二次補漿措施是減小地層損失，控制土層沉降的重要手段。下穿加油站過程中，根據前期試驗段經驗及現場試驗調整注漿量為6.5～7.0 m3/環。

通風散濕，用70%代森錳鋅500倍液、50%甲基托布津500倍液、50%多霉靈1000倍液，每5～7天噴1次，連噴2～3次。陰雨天可用百菌清煙劑，每畝350克，或百菌清粉塵劑，每畝1千克。

歸納上述中央和國務院近年內連續出臺的關于水問題的各項改革舉措，可以說是歷史上空前的，客觀上講這也是歷史的必然抉擇，是國家最高決策層不失時機、實事求是地抓住了水資源這個束縛經濟社會發展的核心瓶頸問題。因此，充分認識到水權明晰、界定與交易的重要性和所面臨的問題十分重要。

根據美國陸軍部技術手冊TM5-855-1《常規武器防護設計原理》[8]，土中形成空氣沖擊波感生的地沖擊峰值壓力可按照式(3)計算。

2.2 施工監測及分析

綜上所述，CCtalk主要以基礎語言知識包括語音單詞語法等課程為主，對于廣大日語初中級學習者來說是個課程資源豐富值得利用的平臺。

圖2 監測點布置圖(單位：m)

如圖2所示，地面監測點垂直于隧道中心線布設，以3 m間距布置了10個監測點。儲油罐監測點布置在基礎的4個角上。

經監測1～10號監測點處地面沉降值見圖3。

圖3 各測點處地面沉降監測圖

如圖3所示，左、右隧道中心線上的4號、7號測點，位于沉降曲線的波谷。受先掘進的左線隧道沉降疊加的影響，右線隧道頂的7號監測點的沉降值稍大，為7.65 mm。整個隧道上方的地面沉降是滿足要求的。

經監測，油罐基礎A～D點處地面沉降值見表1。

表1 油罐基礎沉降 mm

后來，一邊工作，一邊斷斷續續上夜高、夜大——對于念書，似乎有著宗教般的熱情與執念，猶如追尋一份精神上的依靠，即便風驟雨狂，想不去，也不行。爸爸看在眼里，開始心痛起來，幡然有了懊悔，有一次向媽媽袒露心跡：當初大丫頭要是不停地吵，堅決不去工廠，可能也會咬咬牙再去找找人，給她補習一年，你看吧，第二年戶口也就辦下來了……

3 油罐發生爆炸對區間隧道的影響

油罐在運營過程中存在爆炸的可能性，因此分析油罐爆炸沖擊波對區間隧道的影響對于確保地鐵運營安全十分必要。

3.1 油罐TNT等效當量的確定

油罐發生爆炸時放出的能量與油品儲量及放熱性有關，依據《綜合能耗計算通則》，平均發熱量取汽油值考慮。根據范登伯格和蘭諾伊TNT當量法轉換公式將汽油的爆炸轉換成相對應的TNT當量為31 kg。

3.2 爆炸引起的土沖擊荷載的計算

3.2.1按巖土中觸地爆炸理論計算

從結構穩定性、排水效果、濾土效果、材料耐久性、材料經濟實用性幾個方面綜合分析比較，提出的生態植生型滲濾溝道護砌板組合墊層設計方案為：采用生態植生型陶?；炷涟搴笤O置透水土工布(國標短纖針刺無紡土工布，質量為300 g/m2)、稻草(1 cm厚)組合，作為農田排水溝道滲濾系統的最佳排水、透水、攔截污物墊層(見圖2)。

用Galerkin弱形式平衡方程來表示動量方程和邊界條件，可寫成式(6)形式。

(1)

式中：H為封閉爆炸和觸地爆炸的分界埋深，m；QTNT為汽油的TNT當量值，kg。

根據式(1)，本工程裝藥埋深分界深度為1.96 m，大于實際埋深1.3 m，所以按照觸地爆炸考慮。

參照G·M·克萊霍夫理論公式，爆炸沖擊波超壓與距離之間關系式見式(2)。

服裝面料再造設計的方法非常多，在設計過程中不斷改變面料的結構。加法和減法設計技法是服裝面料再造設計過程中比較常用的方法，指的就是以原有服裝面料為基礎，通過元素的增補和減少，使原有服裝面料的風格得到改變，這種方法比較簡單，同時也可以改變服裝的面料，實現服裝面料再造設計的目標，同時人們也比較喜歡這種方法。通常都是在服裝表面上增添刺繡或者貼花等，使服裝面料特性由此改變。

(2)

式中：p為爆炸沖擊波超壓，kg/cm2；R為爆炸中心到研究點的距離，m。

根據式(2)，區間隧道承擔的壓力峰值為5 kPa。

3.2.2按感生地沖擊理論計算

如表1所示，實測罐室底板絕對最大沉降值為3.81 mm，最大局部傾斜為9×10-6，能夠滿足局部傾斜不大于2×10-3的結構安全需求。

每間隔1環進行1次二次注漿。如發現同步注漿量不足，或管片壁后地質雷達掃描疏松異常情況，通過管片中部的注漿孔進行二次補注漿，從而減少盾構機通過后土體的后期沉降。

Pmax=0.407fρc(R/w1/3)-n

(3)

式中：Pmax為峰值壓力，Pa；f為爆炸耦合系數，f=d/w1/3，d為炸藥裝藥中心的深度，w為炸藥重量，kg；ρc為聲阻抗，kg/(m2s)；R為傳播距離，m；n為衰減系數，黏性土取1.5～2。

根據式(3)，區間隧道承擔的壓力峰值為35 kPa。

3.2.3利用有限元模擬爆炸過程產生的沖擊荷載。

物體的基本運動方程見式(4)。

M(x)=P(x,t)-F(x,x)+H-Cx

(4)

式中：M為物質單元的總體質量矩陣；P為荷載矢量；F為單元應力場的等效節點力矢量合力；H為黏性阻尼力。

時間積分所采用的顯式中心差分法計算式如下。

(5)

李翼棋[7]等認為，根據裝藥埋深的不同，巖土爆炸分為封閉爆炸和觸地爆炸。封閉式爆炸不需要考慮自由面的影響，觸地爆炸要考慮自由面的影響。2種爆炸的埋深分界深度可按式(1)計算。深度滿足式(1)的為觸地爆炸，不滿足的為封閉爆炸。

(6)

根據上述基本公式(1)～(6)，進行數值模擬可算得隧道承受的應力時程曲線見圖4。

圖4 隧道頂應力時程曲線

由時程曲線可以看到，油罐爆炸在盾構隧道產生的峰值拉應力為20 kPa，峰值壓應力為30 kPa。

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由上面的計算分析可以看出，觸地爆炸未考慮巖土的具體參數，計算值偏小，感生地沖擊理論計算和有限元計算值比較一致。

3.3 土層沖擊荷載對隧道管片內力的影響

經計算，上述幾種算法的最不利土層沖擊峰值荷載為35 kPa，根據《建筑結構荷載規范》將其作為偶然荷載設計值。通過有限元軟件計算，可得偶然荷載組合下盾構隧道內力設計值與荷載基本組合下的盾構隧道內力設計值對比，見表2。

表2 管片內力變化對比表

由表2可見，相對于荷載的基本組合來說，爆炸荷載引起的軸力有效因子約0.86，彎矩有效因子為0.88。對盾構隧道結構安全起控制作用的是荷載基本組合效應設計值。區間盾構隧道管片采用C50混凝土和HRB400受力筋，經核算結構是安全的。

2.5.2 黨參總皂苷納米乳對黑素瘤細胞增殖的影響。MTT法測定黨參總皂苷納米乳對黑素瘤細胞增殖的影響，結果見表2。100～800 μg/mL空白納米乳對黑素瘤細胞增殖的最大抑制作用為8.56%，按毒性分級法評價，空白納米乳對細胞的毒性為1級，達到合格要求[12]。100～800 μg/mL黨參總皂苷納米乳對黑素瘤細胞增殖的抑制率大于相同濃度黨參總皂苷水溶液，這表明納米乳能增強黨參總皂苷對黑素瘤細胞增殖的抑制作用。

4 結論

1) 盾構隧道施工階段風險主要為施工引起的沉降、隆起引起儲油罐基礎破壞，進而威脅儲油罐的安全。根據目前國內盾構隧道施工的風險控制水平，在采取與一級環境風險相應的措施后，風險是可控的。

這個精神坐標不止于“廉”與“潔”。劇中陳仲子的每向前一步，都離不開他遠遠超乎常人的自省能力和踐行勇氣，凡事反求諸己并付諸實施：大旱天不僅滴水不留更自我懲戒絕食三天；拒絕楚國拜相不算，更搬出原先隱居處甘愿為人灌園，如此種種。環顧上下左右，汲汲營營、熙熙攘攘，贊歌遍野而獨缺自省更缺乏言行一致的果敢擔當。

由于本文使用的是面板數據，考慮到國家間發展階段、金融開放程度以及經濟增長間的異質性可能會影響估計結果，我們使用固定效應模型進行估計，模型適用性均通過了豪斯曼檢驗的證實。進一步，考慮到跨國跨時間的樣本可能存在較大變化，我們使用穩健標準差估計以避免可能存在的異方差現象影響結果的穩健性。

2) 由于加油站的儲油罐埋深較淺，爆炸當量較小，且發生爆炸為觸地爆炸，爆炸當量較小，對于正常埋深的盾構隧道來說，荷載基本組合對結構安全起主導作用。

3) 依據GB 50652-2011 《城市軌道交通地下工程建設風險管理辦法》對下穿加油站油庫的盾構隧道進行環境風險分級，并采取相關措施，是可以保證加油站和盾構隧道在施工過程及運營期的安全的。