地鐵隧道下穿湘江堤防施工風險評價

曹 磊，劉 娟，易 宸，劉思博

（1. 湖南水利水電職業技術學院，湖南 長沙 410131； 2. 長沙理工大學 水利工程學院，湖南 長沙 410114）

隨著湖南城市化建設的不斷加快，地鐵隧道工程越來越多。依據長沙市城市總體規劃和綜合交通規劃，長沙城市軌道交通線網由12 條線路組成，總長約456 km，多條地鐵線路將穿越湘江水域與沿江堤防，如：已運營的長沙地鐵2 號線、3 號線以及4 號線。因此，可以預見湖南未來將有大量的地鐵隧道穿越江河區域及其堤防。目前，盾構法因機械化程度高、掘進速度快、施工安全、對周圍環境影響小等諸多優點已成為地鐵隧道開挖工法的首選。但考慮到湘江堤防安全直接影響到長沙市民的生命財產安全，盾構隧道穿越湘江堤防的安全問題受到水利管理部門的普遍關注。本文以長沙某地鐵穿越湘江堤防工程為依托，分析盾構隧道施工中可能對堤防產生的風險進行評價，并依據風險評價結果進行風險等級劃分以及制定相應的風險控制措施。

1 施工風險分析

1）風險源辨識。根據現場勘查報告表明，地鐵線穿越湘江采用盾構法施工，穿越區域地層表層多為粉質黏土，下伏礫巖，巖石為全風化～弱風化。根據大量的文獻資料及施工實踐經驗[1～3]，結合湘江水文地質、設計情況，該盾構隧道施工主要風險有：堤防變形、隧道坍塌、地表塌陷、隧道大變形、隧道滲漏水、洞口段塌方等。

2）構建風險因素判斷矩陣。根據風險源辨識結果，建立盾構隧道穿越湘江堤防施工風險結構層次模型，并結合層次分析法判斷矩陣準則構造A-B 風險矩陣[4～5]，如表1、表2 所示。

表1 判斷矩陣判斷準則表

表2 盾構下穿湘江堤防段風險判斷矩陣表

3）風險評價與風險排序。將上述結果代入層次法風險評價公式中，可獲得該模型判斷矩陣計算的矩陣最大特征向量為8.661，一致性指標為0.066 97。根據平均隨機一致性指標表可知，本文模型計算一致比例小于0.1，判斷矩陣一致性可以接受。

此外，根據計算結果可知盾構穿越湘江堤防施工風險重要性排序為：堤防變形＞隧道坍塌風險＞地表塌陷隧道＞隧道大變形風險＞洞口段塌方風險＞結構失穩風險＞隧道滲漏水風險＞管涌、流砂風險＞機械設備損壞風險。

4）初始施工風險等級。根據地鐵3 號線下穿堤防段地質勘查報告、地質縱斷面及設計資料進行風險評估[6～7]，采用專家調查法[8～11]，依據專家經驗及調查資料，對隧道盾構段施工進行風險評估，具體見表3。

表3 盾構下穿堤防段施工初始風險評價表

根據短板原則，整個下穿堤防段施工安全風險初始綜合等級為Ⅲ級。

2 施工風險控制措施

1）設置合理的泥水壓力。合理設置泥水壓力值，嚴格控制盾構正面泥漿壓力，保持正面的平衡，防止超挖和欠挖。

2）控制好掘進速度。穿越時降低推進速度，控制總推力，減少土層擾動；穿越時控制好出土量，將出土量控制到略小于理論出土值，保證盾構切口上方土體有微量隆起，以便抵消一部分土體的后期沉降量。

3）及時調整盾構掘進姿態。穿越前調整好盾構姿態，穿越時減少糾偏次數及糾偏量，減少土體的擾動。

4）保證同步注漿質量。穿越堤壩后，及時對管片后的建筑空隙進行二次注漿，從而使得地層變形量減至最少。

5）堤防加固預注漿處理。對施工高風險區域進行地表注漿加固處理，確保后續盾構的安全掘進與堤防安全。

3 殘余施工風險分析

針對地鐵3 號線穿堤隧道段存在的施工風險，采取相應的風險控制措施后，評估得到地鐵3 號線穿堤隧道段殘余風險等級，具體如表4 所示。根據短板原則，施工殘余安全風險綜合等級為Ⅱ級。

表4 地鐵三號線下穿堤防段施工殘余風險評價表

4 結 論

本文采用層次分析法對長沙某地鐵穿越湘江堤防施工風險進行了評估，主要結論如下：地鐵穿越湘江堤防主要風險因素為堤防變形、隧道坍塌、地表塌陷、隧道大變形、洞口段塌方、結構失穩、隧道滲漏水、管涌、流砂風險以及機械設備損壞風險；總體上，地鐵下穿堤防段施工安全風險綜合等級為Ⅲ級，經施工措施控制后安全風險綜合等級將至Ⅱ級。研究成果可為后續大量盾構隧道穿越堤防施工提供參考。