軟土隧道盾構施工期風險損失分析

摘 要：目前在建筑工程的風險管理研究上仍處在探索時期，不論是對基本數據的積累，或是對風險分析理論的探索都尚有欠缺，特別是對風險損失方面的研究相對較少。對在軟土地鐵盾構的工程實施中所造成的事故風險做出分析，為進一步的風險研究提出參考。

關鍵詞：軟土隧道盾構；施工期；風險損失

中圖分類號：U231" " " " " " " " " " " " " " " " " 文獻標識碼：A" " " " " " " " " " " " " " " " "文章編號：2096-6903（2023）03-0069-03

1 軟土隧道盾構施工特征

軟土隧道盾構施工是指在軟土地層中采用盾構法施工隧道的過程。與其他隧道類型相比，軟土隧道盾構施工具有以下特征[1]。

一是施工難度大。軟土地層的性質不穩定，導致盾構機在施工過程中面臨著較大的困難。軟土中的松散顆粒和水分，會對盾構機的刀盤和推進系統產生較大的阻力，而土體的流動性也會導致泥水的涌入和泥漿回流，從而增加施工難度。

二是環境保護壓力大。軟土地層中常常存在著水源、氣源等敏感地質條件，因此在施工過程中必須注意環境保護，避免對地下水和地質環境造成不良影響。

三是安全風險高。軟土地層的不穩定性和可變性，導致盾構機在施工過程中易受到地層變化的影響。特別是在地下水豐富、地質條件復雜的地區，要特別注意施工安全，防止地層突變和涌水事故。

四是施工技術要求高。軟土隧道盾構施工需要應用一系列的高精度施工技術，如地下定位、控制盾構機姿態、隧道支護和圍巖處理等。這些技術的應用要求施工人員具備較高的專業知識和技能。

2 軟土隧道盾構施工的優缺點

2.1 軟土隧道盾構施工的優點

相比于傳統的開挖施工方法，軟土隧道盾構施工主要具有以下優點。

一是施工速度快。盾構機施工不受地面影響，且操作簡單，因此施工速度較快，可大大縮短施工時間。

二是施工效率高。盾構機施工連續性強，每天施工時間長，可以連續運轉，大大提高了施工效率。

三是施工過程中對周圍環境的干擾小。盾構機在施工時只在隧道內作業，減少了對周圍環境的干擾和污染。

四是施工質量可控。盾構機施工能夠對隧道掘進的直徑、形狀等進行調整，能夠更好地保證隧道的質量。

五是安全性高。盾構機施工時工人不需進入施工空間，能夠保證施工安全。

2.2 軟土隧道盾構施工存在的不足

第一，盾構機施工過程中會產生大量的土方，如何處理這些土方是一個難點。

第二，盾構機在施工過程中會產生較大的振動，可能對周圍建筑物造成影響。

第三，盾構機在復雜地質條件下的施工難度較大，需要采用先進的技術和設備進行控制和處理。

第四，盾構機施工時需要按照預定斷面形狀進行掘進，如有需要更改斷面形狀的情況，將會增加施工難度和時間成本。

3 對軟土隧道盾構施工進行安全性評價的重要性

軟土隧道盾構開挖是一項復雜的工程活動，安全性評價在其建設過程中非常重要。軟土隧道盾構開挖面臨著多種潛在的安全風險，如地面沉降、地層破壞、盾構機故障等，這些都可能導致人員傷亡和財產損失。而且軟土隧道盾構位于城市地下，可能涉及到地下管線、地下設施等，如果沒有充分的安全性評價，就可能會對周邊環境和生活造成影響。為了取得最佳效果，設計、施工和決策都必須有理論支持。

在城市等地下環境復雜地區，隧道工程的施工建設包括很多方面，如地下管道的位置、表面建筑物的結構等。如果不能充分考慮軟土隧道盾構開挖的安全性，將會給社會和國家帶來不必要的重大損失。從管理的角度來看，風險評估研究的價值在于為經營決策提供有效的理論支持。工程風險研究的最終目標是實現項目的安全生產，以使企業利益達到最大化[2]。

4 軟土隧道盾構施工期風險分析

4.1 地質風險

軟土隧道盾構施工期間的地質風險主要涉及以下4個方面：①地質構造風險。地質構造是軟土隧道盾構施工過程中的重要因素，特別是在地質活躍區域，構造裂隙和斷層可能對盾構施工產生影響。如果這些構造的位置和性質不能充分了解，就可能導致隧道的破壞和不穩定。②地下水風險。軟土隧道盾構施工過程中，地下水是一個重要的工程環境因素。盾構施工會打破地下水的原有平衡狀態，導致地下水位的變化。如果地下水流量過大或地下水壓力過高，就可能導致隧道涌水或崩塌。③土體變形風險。盾構施工期間，由于地下開挖導致軟土隧道周圍的土體發生變形，可能導致地表沉降、建筑物傾斜等問題。同時，由于盾構機的擠壓和推進作用，隧道圍巖也會產生變形，導致隧道失穩和破壞。④地質災害風險。軟土隧道盾構施工期間，地質災害如滑坡、泥石流等風險也需要考慮。地質災害的發生可能會導致隧道的崩塌、損壞和不穩定。

4.2 設備風險

軟土隧道盾構施工期間，設備風險主要涉及盾構機的故障和事故。盾構機是施工過程中的重要設備，其故障和事故將會嚴重影響施工進度和質量，甚至會造成人員傷亡和財產損失。以下是一些可能存在的設備風險：①設備故障。盾構機由眾多機械部件組成，這些部件在長時間的運行過程中容易出現磨損和故障。一些常見的故障包括電氣故障、液壓故障、機械故障等。設備故障會導致停工時間增加，影響工期。②地層失穩。由于盾構施工會改變地下土體的應力狀態，因此可能導致地層失穩，包括地面塌陷、地下水涌入、土層塌方等問題。這些問題可能導致盾構機被卡住或嚴重受損，甚至會造成事故。③液壓系統故障。盾構機的液壓系統是其重要的動力來源，如果液壓系統出現故障，將會導致盾構機無法正常運行，甚至會卡在隧道內。液壓系統故障可能是由于材料老化、零部件磨損、使用不當等多種原因引起的。④電氣系統故障。盾構機的電氣系統負責機器的自動控制和監測，一旦出現故障，可能會導致盾構機無法自動操作和監測。電氣系統故障可能是由于電線老化、電路短路、電子元件損壞等原因引起的。⑤事故。盾構施工中可能發生的事故包括機器故障、設備失控、地質災害、人員傷亡等。這些事故可能對施工進度、工程質量、人員安全和財產造成嚴重影響。

4.3 環境風險

軟土隧道盾構施工期的環境風險主要包括噪聲污染、振動影響、粉塵污染、廢水處理等方面。

首先，盾構施工過程中會產生大量的噪聲，對施工周邊居民的生活和工作會產生不良影響。特別是在夜間施工，對周圍居民的生活影響更為顯著。此外，盾構機的振動也會對周邊環境造成影響，如對附近建筑物、橋梁、管線等設施產生影響，甚至對周邊環境的地質構造和地下水位造成影響。

其次，盾構施工會產生大量的粉塵，會對施工周邊的空氣質量和環境衛生造成影響。施工現場和周邊居民區的空氣中會存在大量的粉塵，長時間暴露在這種環境中可能會導致呼吸系統疾病、過敏等健康問題。同時，粉塵也會降低施工人員的工作效率。

最后，盾構施工會產生大量的廢水，這些廢水需要進行處理和排放。如果廢水處理不當，會對周邊水環境造成污染，影響水生態系統的平衡，甚至對周邊居民的生活產生影響。

4.4 人員風險

軟土隧道盾構施工期的人員風險主要包括以下兩個方面。

一是安全事故風險。盾構施工作業涉及到各種機械設備和大型工具，存在較高的安全風險，如車輛碰撞、坍塌、設備故障等。

二是作業環境風險。盾構施工作業環境復雜，存在一定的安全隱患，如有毒有害氣體、高溫高濕、塵土污染等。

5 軟土隧道盾構施工風險控制策略

軟土隧道盾構施工是一項復雜的工程，施工過程中存在著多種風險。因此，制定有效的風險控制策略對保障施工安全至關重要。軟土隧道盾構施工風險控制策略主要可以包含以下幾方面。

5.1 施工前期進行地質勘探

在軟土隧道盾構的前期勘探與設計階段，需要進行詳細的地質勘探和設計分析，了解隧道所處地層的性質和地下水情況，對隧道工程的地質環境和設計參數進行科學合理的評估，以確定軟土隧道盾構施工的可行性、施工方案可行性以及施工期間可能遇到的地質災害風險，以便制定相應的防范措施和應急預案。地質勘探內容主要包括地質參數、地下水分布、地震風險、土壤力學參數等。

5.2 施工方案設計階段的風險控制

在施工方案設計階段，可以從以下幾點進行風險控制。

5.2.1 土體處理方案

施工前需要對土體進行勘探和分析，確定土壤的類型和力學性質，然后制定土體處理方案。處理方案包括地基加固和土體改良等，以確保隧道施工過程中的穩定性。

5.2.2 隧道掘進方案

在掘進隧道時，應采用合適的掘進方法和參數，減小地表沉降和地下水位變化等不良影響。同時，要遵循隧道設計參數，合理控制施工速度和推力大小，以確保隧道施工過程中的穩定性和安全性。

5.2.3 盾構機選擇和維護

選擇合適的盾構機對于隧道施工的穩定性和安全性至關重要。在施工前，需要對盾構機進行維護和檢查，確保設備的正常運行。同時，需要根據隧道施工情況和土體特性，調整盾構機的工作參數，以保證隧道施工的穩定性。

5.2.4 環片安裝方案

在盾構施工中，環片的質量和安裝狀態對隧道的穩定性和安全性影響很大。在環片的制造和安裝過程中，需要嚴格遵守技術規范和質量要求，確保環片的質量和精度。同時，在環片安裝過程中，需要采用合適的安裝方案和工藝，以保證環片的緊密配合和穩定性。

5.2.5 安全監測方案

在隧道施工過程中，需要進行實時的安全監測和數據記錄，以及時掌握施工過程中的變化和異常情況。安全監測方案應包括監測點的設置、監測參數的選擇和監測數據的處理等內容。

5.3 優化支護結構設計

在軟土地質條件下，隧道支護結構的優化設計主要包括以下4個方面。

5.3.1 確定合理的支護方式

應根據軟土的性質，選擇適當的支護方式。例如，可采用鋼支撐、壓縮拱、加固樁等支護方式，以保證隧道的穩定和安全。

5.3.2 考慮支護結構的耐久性

應根據地質條件、預期使用年限等因素，選擇合適的支護材料和結構形式，以確保隧道的耐久性和安全性。

5.3.3 優化施工工藝

應針對軟土地質條件，制定合理的施工工藝和施工方案，以確保支護結構施工的安全和質量。

5.3.4 加強監測措施

應加強對支護結構和周邊土體的監測，及時發現問題并采取措施加以解決，確保施工安全和隧道質量。

5.4 采用預防性灌漿注漿技術

軟土隧道盾構施工中，預防性灌漿注漿技術是一種常見的風險控制策略。預防性灌漿注漿可以增加地基土體的強度和穩定性，減小隧道周圍土體變形和沉降，降低隧道工程施工風險。在軟土地區，應根據地層特征、地下水位、土體的物理力學特性等情況，結合盾構機施工特點，合理設計預防性灌漿注漿方案。在具體實施中，需要注意施工工藝、注漿材料的選用、注漿參數的控制等方面，以保證預防灌漿注漿的效果。同時，預防灌漿注漿技術還可以用于處理隧道圍巖中的裂隙和空洞，提高隧道圍巖的整體穩定性。

5.5 進行施工過程監測

軟土隧道盾構施工中的施工過程監測，是確保隧道施工過程中風險控制和質量控制的重要環節。施工過程監測主要包括地表沉降監測、隧道變形監測、支護結構監測、地下水位監測等。通過對這些監測數據的分析，可以及時發現問題并采取相應的措施，避免可能出現的安全事故和工程質量問題。同時，監測數據也可以為后續隧道的維護和管理提供重要的參考和依據。

5.6 制定緊急預案

軟土隧道盾構施工中，由于施工環境的復雜性和施工風險的高度，必須制定一份完善的緊急預案。緊急預案包括但不限于：施工現場事故的應急處理措施、應急處理人員職責、應急救援設備、應急通信設備等。在設計緊急預案時，應充分考慮施工現場的實際情況，將緊急預案與現場特點相結合。此外，還應注意預案的實施和改進，定期組織演練，及時總結和修訂，確保在緊急情況下，能夠迅速、有效地處理事故，最大限度地減少人員傷亡和財產損失。

6 結語

軟土隧道盾構施工具有施工效率高、環保節能、占地面積小等優點，但同時也存在一些風險和挑戰。因此，在軟土隧道盾構施工期間，風險控制非常重要，需要進行全面的風險評估，并采取相應的措施進行控制和防范。針對軟土隧道盾構施工過程中可能存在的風險，本文提出了一系列的控制策略，包括施工前期的質勘探、施工方案設計階段實施風險控制、優化支護結構設計、采用預防性灌漿注漿技術、進行施工過程監測及制定緊急預案等。只有科學合理地采取這些措施，才能夠有效地保證軟土隧道盾構施工的安全性和穩定性。

參考文獻

[1] 謝文斌，黃偉東，白云.軟土地層盾構隧道施工期監測分析[J].地下空間與工程學報，2015（1）：190-198.

[2] 馮德威.隧道盾構風險分析及施工技術研究[J].山西建筑， 2018（5）：171-172.