隧道淤泥質(zhì)地層明挖深基坑施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及控制關(guān)鍵思路分析

宋 瀟

中鐵十四局集團(tuán)第四工程有限公司，山東濟(jì)南 250000

在社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展之下，國(guó)家非常重視道路橋梁、水利水電等工程的建設(shè)工作，為此投入了大量的資金和技術(shù)建設(shè)相關(guān)工程。為了保證工程可以正常順利的施工，需要施工單位從工程風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的角度入手開展風(fēng)險(xiǎn)控制工作，形成此類工程深基坑明挖施工風(fēng)險(xiǎn)控制的思路，指導(dǎo)工程深基坑可以安全且保質(zhì)保量的施工。

1 評(píng)估隧道深基坑挖掘施工風(fēng)險(xiǎn)

選取某市的某條鐵路工程為研究對(duì)象，深入分析鐵路隧道深基坑挖掘施工風(fēng)險(xiǎn)控制情況。該鐵路隧道長(zhǎng)度為4000m，其中部分隧道地基經(jīng)勘查屬于淤泥質(zhì)地層，含水量高、穩(wěn)定性以及強(qiáng)度低，部分地方屬細(xì)砂層或存在溶洞，土層黏結(jié)性差，總長(zhǎng)約為2300m，深基坑開挖寬度控制為15m，應(yīng)用直壁支護(hù)開挖方法 （明挖順作）。研究此種性質(zhì)隧道地基作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的基本條件，可以了解到附近并沒有大型的建筑，位于偏遠(yuǎn)的山區(qū)，地基之下有著較為活躍的地下水活動(dòng)情況。具體的深基坑明挖作業(yè)期間，于基坑內(nèi)部應(yīng)用的支護(hù)體系為混凝土、鋼管以及鉆孔灌注樁 （混凝土） 支撐，施工時(shí)需要將樁頂處預(yù)留的鋼筋和冠梁進(jìn)行整體性的連接，每間隔4m的距離設(shè)置一處支撐 （豎向），其中進(jìn)行橫向支撐施工時(shí)應(yīng)用的鋼管參數(shù)為Φ609mm且進(jìn)行了圍檁設(shè)計(jì)，使得橫向支護(hù)鋼管剛度明顯提升，止水帷幕施工應(yīng)用旋噴樁作業(yè)（Φ650mm）。

1.1 故障樹風(fēng)險(xiǎn)分析

故障樹為近年來事故風(fēng)險(xiǎn)研究較常使用的分析方法，實(shí)際使用期間可以先結(jié)合研究對(duì)象對(duì)發(fā)生事故的條件、后果進(jìn)行預(yù)測(cè)性分析，之后立足于因果與次序關(guān)系、邏輯符號(hào)構(gòu)建程序方框邏輯關(guān)系圖，依照符號(hào)指向情況把握好可能會(huì)發(fā)生的相關(guān)事故類型、致使事故發(fā)生的相關(guān)危險(xiǎn)因素、發(fā)生途徑以及造成的嚴(yán)重性后果，在邏輯關(guān)系的指引下找出有助于預(yù)防控制風(fēng)險(xiǎn)問題出現(xiàn)的有效對(duì)策[1]。

鐵路隧道深基坑工程中，挖掘時(shí)的風(fēng)險(xiǎn)是支護(hù)體系不能正常發(fā)揮支護(hù)作用，對(duì)其進(jìn)行故障樹法的分析發(fā)現(xiàn)深基坑明挖施工方案設(shè)計(jì)可行性低、作業(yè)方法有誤、支護(hù)結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量不達(dá)標(biāo)、未做好工程施工期間的質(zhì)量管理與監(jiān)理等因素為引發(fā)深基坑挖掘施工風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)鍵影響因素，所以，構(gòu)建隧道淤泥質(zhì)土層深基坑明挖施工風(fēng)險(xiǎn)故障樹時(shí)，要求施工單位工作人員應(yīng)對(duì)相應(yīng)土層施工區(qū)域的地質(zhì)、水文以及作業(yè)環(huán)境條件等情況進(jìn)行詳細(xì)地調(diào)查了解，并且結(jié)合調(diào)查結(jié)果與深基坑施工方案設(shè)計(jì)人員一道進(jìn)行故障樹的構(gòu)建。主要的基坑支護(hù)體系失效故障樹結(jié)構(gòu)包括鉆孔灌注樁受破壞、支撐體系無效 （水平） 、基底受破壞或發(fā)生基坑滲水、灌注樁不穩(wěn)定四個(gè)方面。以其中的鉆孔灌注樁破壞為例，分析導(dǎo)致破壞發(fā)生的因素可知有樁身折斷、樁體發(fā)生位移，而導(dǎo)致折斷的原因?yàn)闃扼w承受彎矩超過既定標(biāo)準(zhǔn)與抗彎能力有限，樁身發(fā)生位移則是由于基坑底部有明顯的隆起、抗彎強(qiáng)度與支撐能力差等；分析以上每個(gè)原因可發(fā)現(xiàn)，樁身折斷中的樁身抗彎能力低與鋼筋籠配筋、鋼筋以及混凝土質(zhì)量不合格有關(guān)，導(dǎo)致承受彎矩過高的原因是施工前期沒有對(duì)土壓力、地下水滲入等數(shù)據(jù)進(jìn)行合理計(jì)算；在樁身位移方面的基底隆起，是由于灌注樁施工時(shí)深度未達(dá)到要求與施工地區(qū)樁后地表堆載過大導(dǎo)致，抗彎強(qiáng)度差則是因?yàn)樵O(shè)計(jì)缺陷、選用的混凝土質(zhì)量差，支撐能力差則為支撐間距遠(yuǎn)高于設(shè)計(jì)要求、連續(xù)強(qiáng)度不符合作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等。因此，基于故障樹便可以對(duì)導(dǎo)致基坑支護(hù)失效下的作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行詳細(xì)研究，保證最終完成的作業(yè)方案可以有效規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)因素所致的不良影響，促使深基坑挖掘施工有著理想的作業(yè)質(zhì)量，基坑支護(hù)體系質(zhì)量合格且在應(yīng)用期間不會(huì)發(fā)生支護(hù)失效的問題。

1.2 評(píng)估風(fēng)險(xiǎn)

風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生幾率。評(píng)估人員需要參考類似工程以往深基坑挖掘施工發(fā)生的相關(guān)事故以及本企業(yè)工程建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，并且邀請(qǐng)隧道深基坑明挖施工風(fēng)險(xiǎn)防控方面的專家學(xué)者來對(duì)風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生率進(jìn)行計(jì)算，方法為故障樹概率重要度，其中樁身連接圈梁牢固性差、基坑滲水、樁后地表堆載過大、混凝土質(zhì)量、支撐間距偏大等事件的發(fā)生率偏高，威脅支護(hù)體系支護(hù)有效性。

風(fēng)險(xiǎn)損失。鐵路隧道深基坑工程由于建設(shè)施工規(guī)模較大，一旦發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)將會(huì)給工程作業(yè)造成延期、成本增加等風(fēng)險(xiǎn)，得出風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生可能性后，需要對(duì)相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)實(shí)際發(fā)生后所致的嚴(yán)重后果進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算，以便施工單位可以對(duì)明挖深基坑風(fēng)險(xiǎn)控制工作加強(qiáng)重視，提高對(duì)風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生因素的警惕性，可以在施工期間采取措施良好的防控風(fēng)險(xiǎn)。在計(jì)算損失時(shí)，需要對(duì)工程建設(shè)前期進(jìn)行地質(zhì)勘探、深基坑挖掘、基坑加固、防滲水、支護(hù)體系、圍護(hù)結(jié)構(gòu)、物料采購等工作環(huán)節(jié)涉及的費(fèi)用總額進(jìn)行計(jì)算，合計(jì)為工程初期投資，之后可采用C=P§Cz關(guān)系式得出初期投資和支護(hù)結(jié)構(gòu)體系失效后產(chǎn)生的損失兩者之間的關(guān)系，其中Cz表示基坑挖掘與加固、圍護(hù)結(jié)構(gòu)等工作費(fèi)用的總額即為初期投資額，P指代風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生概率，§指代工程作業(yè)期間由于作業(yè)安全事故所致的人員傷亡、工期延誤等損失[2]。本文所選工程基坑開挖風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算期間，可知包括的前期投資Cz有支撐結(jié)構(gòu)、基坑加固、止水帷幕等，由于屬淤泥質(zhì)地層的隧道路段較長(zhǎng)，直接按照總長(zhǎng)計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)損失會(huì)存在數(shù)據(jù)誤差，可以將路段分為幾段分別計(jì)算，對(duì)比不同路段風(fēng)險(xiǎn)損失，按照損失高低、風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)、發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)概率等級(jí)依次進(jìn)行排列，以此為風(fēng)險(xiǎn)防控措施的制定與落實(shí)提供指導(dǎo)。

2 控制風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)鍵思路分析

處理不良地質(zhì)。針對(duì)深基坑挖掘地區(qū)出現(xiàn)的復(fù)雜地層結(jié)構(gòu)，施工單位可以在作業(yè)之前提前對(duì)其進(jìn)行處理，以此為后續(xù)的工程施工提供良好的工作環(huán)境。施工之前，深基坑風(fēng)險(xiǎn)控制管理人員需要聯(lián)合勘察人員了解施工地區(qū)地質(zhì)基本情況，之后整合勘察資料明確土層性質(zhì)；同時(shí)，需要對(duì)淤泥質(zhì)土層下方的水位、水文活動(dòng)情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)與調(diào)查，確保作業(yè)期間開挖作業(yè)面可以高于作業(yè)地方的水位；此外，基坑周邊位置施工期間，需要做好止水帷幕的施工工作，不可發(fā)生帷幕注漿作業(yè)不良以及作業(yè)時(shí)基坑內(nèi)積水較多的問題。對(duì)于有溶洞的地區(qū)，可以在勘察地形地貌時(shí)直接注漿回填，以此封堵溶洞，減少滲水量；并且施工過程中需要嚴(yán)格按照混凝土噴護(hù)施工的要求，與深基坑挖掘工作一道進(jìn)行支護(hù)作業(yè)，以期不良地質(zhì)經(jīng)過混凝土支護(hù)后強(qiáng)度可以符合標(biāo)準(zhǔn)的要求，一般先在土方上層噴護(hù)，檢查強(qiáng)度合格可以進(jìn)行下層開挖[3]。

開挖期間的風(fēng)險(xiǎn)控制。對(duì)于作業(yè)期間出現(xiàn)的混凝土質(zhì)量因素，要求施工單位在工程建設(shè)之前對(duì)于采購人員增強(qiáng)建設(shè)材料質(zhì)量對(duì)工程施工重要性的宣講，提升采購人員的質(zhì)量意識(shí)，確保采購回來的混凝土材料具有良好的質(zhì)量；而且，在混凝土材料進(jìn)場(chǎng)后需要管理人員繼續(xù)對(duì)材料進(jìn)行抽樣檢查，若發(fā)現(xiàn)混凝土有質(zhì)量問題則判定同一批混凝土均不合格，不可用于工程建設(shè)之中。針對(duì)支撐間距問題，如果發(fā)生間距過大情況，會(huì)導(dǎo)致樁身出現(xiàn)水平位移、支護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)用效果差等問題，所以可在施工期間嚴(yán)格按照施工方案中明確的作業(yè)工序，在相應(yīng)分段的淤泥質(zhì)土層深基坑挖掘時(shí)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的施工，控制挖掘地方土方空間尺寸，在間距限制之下杜絕混凝土灌注樁出現(xiàn)較大幅度的水平位移。對(duì)于基坑內(nèi)出現(xiàn)的雨水與地下水問題，可以應(yīng)用“灌注樁+止水墻”進(jìn)行支護(hù)施工，以免雨水直接流入以及水文活動(dòng)下的地下水滲入基坑的情況發(fā)生，提升深基坑的穩(wěn)定性，降低塌方風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)于樁后地表堆載過大問題，可以在挖掘基坑土方時(shí)，及時(shí)將廢棄土方運(yùn)輸至施工范圍之外的地方，深基坑附近地方不可長(zhǎng)時(shí)間的放置挖掘出的土方與填土，也不可將質(zhì)量較大的施工機(jī)械設(shè)備直接放置于作業(yè)區(qū)域，要求深基坑施工地周邊50m處不可堆載較多施工設(shè)備、物料、廢棄物。此外，施工單位需要組建一支高水平的工程建設(shè)管理團(tuán)隊(duì)，來對(duì)工程各個(gè)環(huán)節(jié)的作業(yè)質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)督管理，其中在深基坑挖掘施工方面需要進(jìn)行實(shí)時(shí)的支護(hù)體系施工質(zhì)量、基坑土體變形、地下水位等的監(jiān)測(cè)工作，整合施工期間的相關(guān)數(shù)據(jù)，分析是否存在施工不良問題。若存在問題盡量在施工期間進(jìn)行施工變更處理，有效預(yù)防與控制挖掘風(fēng)險(xiǎn)。

3 結(jié)語

隧道淤泥質(zhì)地層深基坑明挖施工期間，在地質(zhì)條件復(fù)雜、支護(hù)施工不良等因素影響之下，會(huì)導(dǎo)致隧道深基坑支護(hù)作業(yè)失效，從而造成多種施工風(fēng)險(xiǎn)問題，致使施工單位面臨較高的經(jīng)濟(jì)損失，工程項(xiàng)目不能在既定的工期內(nèi)按時(shí)交工，所以在工程風(fēng)險(xiǎn)控制期間可以采用故障樹法評(píng)估風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)而采取有力手段控制風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生。