沉管隧道工程風(fēng)險(xiǎn)因素分析及預(yù)防措施★

張 姣 王建成

(上海城建職業(yè)學(xué)院土木與交通工程學(xué)院，上海 200432)

1 概述

我國(guó)應(yīng)用沉管法修建水底隧道雖然起步較晚，但發(fā)展較快。1972年，自香港修建了我國(guó)第一條跨港沉管隧道以來(lái)，沉管隧道法以不受天氣影響、不影響航運(yùn)、穿越大跨度海峽等優(yōu)點(diǎn)，越來(lái)越廣泛地被我國(guó)隧道建設(shè)者所采用，隨著港珠澳大橋5.6 km沉管隧道的建成，標(biāo)志著我國(guó)沉管隧道技術(shù)從相對(duì)弱國(guó)發(fā)展成為國(guó)際隧道行業(yè)沉管隧道技術(shù)的領(lǐng)軍國(guó)家之一[1-3]。

但沉管隧道施工又具有很多潛在的風(fēng)險(xiǎn)，若有較大的工程事故發(fā)生，會(huì)造成巨大的人員和財(cái)產(chǎn)損失[1]。如何對(duì)沉管隧道工程風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行分析與預(yù)防,是隧道建設(shè)的一個(gè)重要研究方向。越來(lái)越多的專(zhuān)家學(xué)者關(guān)注如何預(yù)防、降低沉管隧道工程中風(fēng)險(xiǎn)事故的發(fā)生。通過(guò)大量的調(diào)研，對(duì)沉管隧道工程進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)、分析，提出了相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)防措施。

2 調(diào)研方案的設(shè)計(jì)

2.1 調(diào)研目的

通過(guò)調(diào)查研究了解沉管隧道勘察、設(shè)計(jì)、施工過(guò)程中風(fēng)險(xiǎn)因素的現(xiàn)狀，辨識(shí)并分析沉管隧道工程風(fēng)險(xiǎn)因素，提出相應(yīng)的預(yù)防措施，為以后沉管隧道工程建設(shè)提供理論和實(shí)踐依據(jù)。

2.2 調(diào)研的方法和對(duì)象

調(diào)研采取問(wèn)卷調(diào)研法和專(zhuān)家訪談法，編制沉管隧道風(fēng)險(xiǎn)因素調(diào)研表和專(zhuān)家訪談提綱，通過(guò)調(diào)研和走訪中交三航局、中交四航運(yùn)局、中交四航院、上海建工(八大子公司)、上海建工集團(tuán)股份有限公司海外事業(yè)部、上海建科監(jiān)理咨詢(xún)有限公司、上?；A(chǔ)工程集團(tuán)有限公司、上海市政設(shè)計(jì)院等企業(yè)，回收問(wèn)卷58份，有效問(wèn)卷51份。

2.3 調(diào)研的內(nèi)容

主要內(nèi)容包括：1)貴單位名稱(chēng)；2)貴單位承接過(guò)幾條沉管隧道工程；3)貴單位主要從事哪方面的沉管隧道工程建設(shè)；4)貴單位認(rèn)為沉管隧道工程存在哪些風(fēng)險(xiǎn)因素；5)貴單位認(rèn)為我國(guó)沉管隧道施工有哪些不足。

專(zhuān)家調(diào)研訪談提綱：主要針對(duì)行業(yè)、企業(yè)專(zhuān)家，主要內(nèi)容包括：1)貴單位認(rèn)為從事沉管隧道人才的關(guān)鍵能力(專(zhuān)業(yè)技術(shù)能力、應(yīng)變能力、事務(wù)能力、管理能力、創(chuàng)新能力)；2)為了適應(yīng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，沉管隧道的發(fā)展前景如何；3)您認(rèn)為沉管隧道工程存在哪些風(fēng)險(xiǎn)因素；4)您認(rèn)為沉管隧道工程中的風(fēng)險(xiǎn)因素有哪些預(yù)防措施。

3 沉管隧道風(fēng)險(xiǎn)因素調(diào)研分析

按照?qǐng)D1的調(diào)研分析步驟，首先整理調(diào)研問(wèn)卷和專(zhuān)家訪談?dòng)涗?，辨識(shí)沉管隧道的各種風(fēng)險(xiǎn)因素[4]，在實(shí)際沉管隧道工程中，風(fēng)險(xiǎn)因素是隨著工序的變化而發(fā)生改變的，要完全控制沉管隧道的風(fēng)險(xiǎn)因素，需針對(duì)每一風(fēng)險(xiǎn)因素提出預(yù)防措施。

4 沉管隧道風(fēng)險(xiǎn)因素辨識(shí)

對(duì)沉管隧道的各種風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行辨識(shí)，如表1所示。

5 沉管隧道風(fēng)險(xiǎn)預(yù)防措施

針對(duì)沉管隧道工程中潛在的各種風(fēng)險(xiǎn),應(yīng)及時(shí)提出相應(yīng)的各種風(fēng)險(xiǎn)預(yù)防措施[5,6],避免可能發(fā)生的事故造成的巨大經(jīng)濟(jì)和人員的損失，沉管隧道工程各風(fēng)險(xiǎn)因素預(yù)防措施如下：

1)勘察階段風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)防措施。

對(duì)現(xiàn)有的水文地質(zhì)資料進(jìn)行查閱,結(jié)合綜合地質(zhì)勘查法,對(duì)附近潮水或氣象變化較大的區(qū)域進(jìn)行詳細(xì)勘察,仔細(xì)查明隧道施工段的水文、地質(zhì)、氣象各種情況。

2)干塢施工風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)防措施。

干塢邊坡要進(jìn)行抗滑穩(wěn)定性驗(yàn)算，設(shè)置井點(diǎn)降水，要注意干塢抽水時(shí)邊坡的穩(wěn)定性；塢底要有足夠的承載力；塢口封閉階段干塢防汛體系獨(dú)立。

3)管段制作風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)防措施。

有效控制混凝土原材料的溫度，嚴(yán)格控制溫度裂縫；嚴(yán)格把關(guān)沉管混凝土的生產(chǎn)、澆筑、振搗、養(yǎng)護(hù)；加強(qiáng)管片預(yù)制的容重控制、幾何尺寸控制，要保證干舷和抗浮安全系數(shù)，壓載水箱使用較多，對(duì)稱(chēng)布置在管段四角，能使管段保持平衡、平穩(wěn)的下沉。

4)沉管隧道浚挖風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)防措施。

根據(jù)地質(zhì)勘察資料，合理選用浚挖機(jī)械；浚挖作業(yè)應(yīng)分層、分段進(jìn)行，確定水下基槽邊坡的穩(wěn)定性與合理坡率，確?；圻吰虏皇Х€(wěn)，精挖時(shí)保證基底平整精度。

5)管節(jié)浮運(yùn)風(fēng)險(xiǎn)的控制措施。

制定浮運(yùn)施工方案前必須先進(jìn)行模擬試驗(yàn),并實(shí)測(cè)河床或海床寬度、潮水、流速、河水或海水重度、風(fēng)速、航運(yùn)情況、波浪高度、天氣情況等，確定管節(jié)浮運(yùn)的專(zhuān)用裝置。

表1 沉管隧道工程的風(fēng)險(xiǎn)因素

6)管段沉放風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)防措施。

在沉放前，需根據(jù)不同的自然條件、航道條件、沉管本身的規(guī)模和設(shè)備條件，合理選擇沉放方式；在沉放、對(duì)接過(guò)程中，管段將不可避免地受到風(fēng)、浪、流等外力的作用，要保證沉放對(duì)接過(guò)程中管段的穩(wěn)定和抗浮能力。

7)管段連接風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)防措施。

采用水力壓接法，保證管段接頭不漏水；保證水力壓接接頭膠墊——GINA(吉那)尖肋形橡膠墊的材質(zhì)；壓接結(jié)束，拆除剛對(duì)接的兩道端封墻。

8)基槽及基礎(chǔ)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)防措施。

首先要進(jìn)行詳細(xì)的地質(zhì)勘察，并結(jié)合試驗(yàn)和精密儀器測(cè)量，為基槽的設(shè)計(jì)提供依據(jù),保證基槽設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性。當(dāng)采用地基爆破法開(kāi)挖時(shí),嚴(yán)格控制爆破危害效應(yīng)；根據(jù)實(shí)際工程使用正確的基礎(chǔ)處理方法,保證基礎(chǔ)的平衡性和整體性,降低基礎(chǔ)沉降。

9)隧道回填風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)防措施。

基槽開(kāi)挖和管節(jié)沉放間隔的時(shí)間越短越好，可以防止基槽回淤；如有淤泥沉積時(shí),需用專(zhuān)用設(shè)備清除；基礎(chǔ)處理結(jié)束后，在管段兩側(cè)和頂部進(jìn)行覆土回填。

10)最終接頭[7]風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)防措施。

沉管隧道的最終接頭具有重量大、施工風(fēng)險(xiǎn)高等特點(diǎn)，最終接頭與相鄰管節(jié)接觸，壓縮臨時(shí)止水帶形成密封結(jié)合腔；采用鋼管對(duì)撐方法防止水壓消失后GINA止水帶回彈，確保良好的密封性，滴水不漏。

6 結(jié)語(yǔ)

1)針對(duì)沉管隧道風(fēng)險(xiǎn)因素的分析，對(duì)沉管隧道相關(guān)單位采用調(diào)研法和專(zhuān)家訪談法，通過(guò)調(diào)研分析的方法對(duì)沉管隧道的風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行辨識(shí)。

2)結(jié)合實(shí)際提出了針對(duì)沉管隧道工程風(fēng)險(xiǎn)因素的防控措施以降低風(fēng)險(xiǎn)，為沉管隧道工程事故預(yù)測(cè)提供理論依據(jù)，其中水文地質(zhì)勘察是非常重要的，直接影響管段的浮運(yùn)、沉放、基槽的浚挖等施工工序，使工程方案更科學(xué)、更合理。

3)在施工期風(fēng)險(xiǎn)因素是隨著工序的變化而發(fā)生改變的，即隨著時(shí)間而變化，不同工序風(fēng)險(xiǎn)因素的發(fā)生概率也不相同，要完全控制施工期的風(fēng)險(xiǎn)因素，需針對(duì)每一工序進(jìn)行控制，在后期的風(fēng)險(xiǎn)分析研究中還應(yīng)關(guān)注動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)因素，為更合理的沉管隧道工程方案的選取提供可靠的依據(jù)。