孟加拉卡納普里河水下盾構(gòu)隧道安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

何　濤, 陳飛飛, 魏龍海, 郭　銳, 李　金

(中交第二公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖北武漢 430056)

卡納普里河底隧道西岸工作井毗鄰軍事禁區(qū)海軍學(xué)院。該項(xiàng)目控制點(diǎn)較多，隧道埋深淺、開挖斷面大、地層透水性及水力補(bǔ)給強(qiáng)等特點(diǎn)大大提高了隧道建設(shè)的難度。針對(duì)卡納普里河底隧道工程，風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的目的主要是：

(1)針對(duì)設(shè)計(jì)方案，分析潛在的風(fēng)險(xiǎn)源及風(fēng)險(xiǎn)事件，為完善隧道設(shè)計(jì)方案提供技術(shù)資料；

(2)針對(duì)辨識(shí)的各項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行定量化計(jì)算分析與評(píng)估，綜合評(píng)價(jià)本工程建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)；

(3)結(jié)合工程設(shè)計(jì)方案，對(duì)其中重大風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行重點(diǎn)分析，評(píng)估設(shè)計(jì)方案及施工方法的安全可靠性；

(4)根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等級(jí)與結(jié)果，對(duì)各項(xiàng)重大風(fēng)險(xiǎn)提出建議控制措施。

1　工程背景

項(xiàng)目起點(diǎn)對(duì)接規(guī)劃Costal Road，沿sea beach Road向東，穿卡納普里河至東岸。

1.1　主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

(1)道路等級(jí)：高速公路，接線市區(qū)干線公路；

(2)設(shè)計(jì)車速：80 km/h；

(3)車道數(shù)及寬度：雙向4車道、3.65 m；

(4)車道凈高：4.9 m

1.2　主要控制點(diǎn)

規(guī)劃的Costal Road、See Beach Road、Kamal Atatuik Ave Road、N Awalia Road、海軍學(xué)院、卡納普里河主航道、KAFCO化肥廠用地、CUFL用地、KAFCO化肥廠傳送帶、河堤等 。

2　風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估流程及方法

2.1　風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估流程

評(píng)估按照以下步驟進(jìn)行：確定工程風(fēng)險(xiǎn)源，估測風(fēng)險(xiǎn)源風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生概率和風(fēng)險(xiǎn)損失，確定風(fēng)險(xiǎn)源風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，采取相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)控制措施(圖1)。

圖1 　風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估流程

2.2　風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法

明挖段及盾構(gòu)工作井段風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估采用事故樹法，盾構(gòu)段風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估采用專家調(diào)查法。根據(jù)上述方法確定發(fā)生概率等級(jí)和損失等級(jí)，按表1確定風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。

表1　風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)

3　各分段典型風(fēng)險(xiǎn)事件安全評(píng)估

3.1　明挖段典型風(fēng)險(xiǎn)事件安全評(píng)估

以西岸明挖段進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析(圖2、圖3)。利用事故樹法(FTA)對(duì)地層沉降、基坑滲漏、涌水涌砂、坑底隆起、基坑失穩(wěn)等風(fēng)險(xiǎn)事件進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析和評(píng)價(jià)。

圖2　明挖敞開段典型斷面

圖3　明挖暗埋段典型斷面

利用事故樹法對(duì)各風(fēng)險(xiǎn)事件的風(fēng)險(xiǎn)源進(jìn)行層層分解，從工程建設(shè)條件、勘察、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工四大方面分析風(fēng)險(xiǎn)源的發(fā)生概率及損失等級(jí)，計(jì)算得到西岸明挖段各風(fēng)險(xiǎn)事件的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)如表2所示。

表2　西岸明挖段各風(fēng)險(xiǎn)事件的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)

3.2　盾構(gòu)工作井段典型風(fēng)險(xiǎn)事件安全評(píng)估

西岸工作井距離軍事禁區(qū)海軍學(xué)院較近，緊鄰海軍學(xué)院新建游泳池，基坑施工過程對(duì)地面沉降控制要求高(表3)。

利用事故樹法分析得到工作井各風(fēng)險(xiǎn)事件的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)見表4。

由表4可知，卡納普里河底隧道西岸盾構(gòu)工作井段的初始風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為Ⅲ級(jí)，其中涌水涌砂和基坑失穩(wěn)事故風(fēng)險(xiǎn)較大，必須實(shí)施削減風(fēng)險(xiǎn)的應(yīng)對(duì)措施，并進(jìn)行殘留風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。

表3　盾構(gòu)工作井設(shè)置情況

表4　西岸盾構(gòu)工作井段各風(fēng)險(xiǎn)事件的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)

3.3　盾構(gòu)段典型風(fēng)險(xiǎn)事件安全評(píng)估

卡納普里河底隧道盾構(gòu)段樁號(hào)為KY2+400～ KY4+850，隧道盾構(gòu)段風(fēng)險(xiǎn)采用專家調(diào)查法對(duì)盾構(gòu)機(jī)適應(yīng)性及可靠性、盾構(gòu)機(jī)始發(fā)風(fēng)險(xiǎn)、開挖面失穩(wěn)、盾構(gòu)機(jī)水下?lián)Q刀、盾尾密封失效、聯(lián)絡(luò)通道坍塌等風(fēng)險(xiǎn)事件進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析和評(píng)價(jià)。

通過專家調(diào)查法，統(tǒng)計(jì)得到的盾構(gòu)段各風(fēng)險(xiǎn)事件等級(jí)見表5。

表5　盾構(gòu)段各風(fēng)險(xiǎn)事件的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)

盾構(gòu)段的初始風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)中，盾構(gòu)機(jī)始發(fā)風(fēng)險(xiǎn)和開挖面失穩(wěn)事故風(fēng)險(xiǎn)較大，必須實(shí)施削減風(fēng)險(xiǎn)的應(yīng)對(duì)措施，并需要準(zhǔn)備應(yīng)急計(jì)劃。

4　高風(fēng)險(xiǎn)事件再評(píng)估及殘留風(fēng)險(xiǎn)分析

4.1　盾構(gòu)工作井段高風(fēng)險(xiǎn)再評(píng)估

對(duì)盾構(gòu)工作井段高風(fēng)險(xiǎn)事件提出了應(yīng)對(duì)措施，并在此基礎(chǔ)上再次結(jié)合事故樹法進(jìn)行殘留風(fēng)險(xiǎn)分析。

4.1.1預(yù)防基坑涌水涌砂風(fēng)險(xiǎn)采取的措施

(1)基坑土方開挖前要做好監(jiān)測工作，采集好各項(xiàng)監(jiān)測數(shù)據(jù)的初始值，基坑開挖過程中，不間斷進(jìn)行監(jiān)測，做到信息化施工；

(2)做好基坑降水工作，承壓水必須控制到確保不發(fā)生基底管涌的水位以下；

(3)土方開挖進(jìn)入富水砂層，開挖前必須進(jìn)行掏槽驗(yàn)縫，通過掏槽的方法確認(rèn)是否存在漏水可能。

4.1.2預(yù)防基坑失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)采取的措施

(1)基坑土方開挖需要分層設(shè)置，支護(hù)構(gòu)件強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，基坑才能向下開挖，不得超挖，；

(2)應(yīng)遵循“開槽支撐，先撐后挖，分層開挖，嚴(yán)禁超挖”的原則，嚴(yán)格按設(shè)計(jì)的拆除規(guī)定拆除支撐系統(tǒng)；

(3)基坑周邊荷載嚴(yán)禁超過設(shè)計(jì)要求的地面荷載限值。

采取風(fēng)險(xiǎn)控制措施后，再采用事故樹法對(duì)高風(fēng)險(xiǎn)事件殘留風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析，結(jié)果見下表。

表6　盾構(gòu)工作井段高風(fēng)險(xiǎn)事件殘留風(fēng)險(xiǎn)

4.2　盾構(gòu)段高風(fēng)險(xiǎn)再評(píng)估

4.2.1預(yù)防盾構(gòu)機(jī)始發(fā)風(fēng)險(xiǎn)采取的措施

(1)洞門土體加固預(yù)控技術(shù)：采用高壓旋噴樁處理加固體與圍護(hù)結(jié)構(gòu)之間的冷縫；控制洞門加固質(zhì)量，保證垂直度偏差不大于1%，確保水泥參量；

(2)預(yù)防破除里層洞門發(fā)生洞門土體坍塌：里層地連墻鑿除必須連續(xù)施工；對(duì)洞口土體穩(wěn)定性進(jìn)行監(jiān)測，并注意洞門滲水情況；布置井點(diǎn)降水管，緊急情況啟動(dòng)降水。

(3)洞門防水裝置控制技術(shù)：盾構(gòu)始發(fā)前，在外圍刀盤和簾布橡膠板外側(cè)涂抹潤滑油以免盾構(gòu)機(jī)刀盤刮破簾布橡膠板影響密封效果；盾構(gòu)機(jī)刀盤嚴(yán)禁在洞門范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，防止損壞密封裝置。

4.2.2預(yù)防開挖面失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)采取的措施

(1)針對(duì)不同的地層特性選擇合適的泥水質(zhì)量和泥水壓力、合理的推進(jìn)參數(shù)、注漿參數(shù)，加強(qiáng)泥漿管理；

(2)掘進(jìn)時(shí)提前作好地質(zhì)分析，并根據(jù)出碴情況推斷掌子面情況，為盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)選擇提供依據(jù)；

(3)在盾構(gòu)掘進(jìn)前對(duì)沿線建筑物和管線進(jìn)行全面調(diào)查；加強(qiáng)監(jiān)測，并及時(shí)反饋信息以指導(dǎo)施工；

(4)盾構(gòu)下穿建筑物時(shí)，優(yōu)化掘進(jìn)參數(shù)；適當(dāng)加大注漿量，必要時(shí)從隧道內(nèi)部進(jìn)行二次注漿；做好地表注漿準(zhǔn)備工作，沉降達(dá)到預(yù)警值時(shí)，立即進(jìn)行地表注漿。

采取風(fēng)險(xiǎn)控制措施后，再采用專家調(diào)查法對(duì)高風(fēng)險(xiǎn)事件殘留風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析(表7)。

表7　盾構(gòu)段高風(fēng)險(xiǎn)事件殘留風(fēng)險(xiǎn)

5　結(jié)論

運(yùn)用事故樹法及專家調(diào)查法對(duì)卡納普里河水下盾構(gòu)隧道不同施工區(qū)段進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，評(píng)估結(jié)果得到：

(1)明挖段總體初始風(fēng)險(xiǎn)Ⅱ級(jí)，為有條件接受風(fēng)險(xiǎn)；

(2)盾構(gòu)工作井段基坑涌水涌砂和基坑失穩(wěn)事故初始風(fēng)險(xiǎn)為Ⅲ級(jí)；盾構(gòu)段盾構(gòu)機(jī)始發(fā)和開挖面失穩(wěn)事故初始風(fēng)險(xiǎn)為Ⅲ級(jí)；

(3)對(duì)初始風(fēng)險(xiǎn)為Ⅲ級(jí)的高風(fēng)險(xiǎn)事件提出了削減風(fēng)險(xiǎn)的應(yīng)對(duì)措施，并對(duì)高風(fēng)險(xiǎn)事件進(jìn)行了殘留風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，高風(fēng)險(xiǎn)事件殘留風(fēng)險(xiǎn)均為Ⅱ級(jí)。