地鐵隧道下穿湘江堤防施工風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)

曹 磊，劉 娟，易 宸，劉思博

（1. 湖南水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 長沙 410131； 2. 長沙理工大學(xué) 水利工程學(xué)院，湖南 長沙 410114）

隨著湖南城市化建設(shè)的不斷加快，地鐵隧道工程越來越多。依據(jù)長沙市城市總體規(guī)劃和綜合交通規(guī)劃，長沙城市軌道交通線網(wǎng)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(yùn)營的長沙地鐵2 號線、3 號線以及4 號線。因此，可以預(yù)見湖南未來將有大量的地鐵隧道穿越江河區(qū)域及其堤防。目前，盾構(gòu)法因機(jī)械化程度高、掘進(jìn)速度快、施工安全、對周圍環(huán)境影響小等諸多優(yōu)點(diǎn)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(cái)產(chǎn)安全，盾構(gòu)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(guān)注。本文以長沙某地鐵穿越湘江堤防工程為依托，分析盾構(gòu)隧道施工中可能對堤防產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評價(jià)，并依據(jù)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)結(jié)果進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)等級劃分以及制定相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)控制措施。

1 施工風(fēng)險(xiǎn)分析

1）風(fēng)險(xiǎn)源辨識。根據(jù)現(xiàn)場勘查報(bào)告表明，地鐵線穿越湘江采用盾構(gòu)法施工，穿越區(qū)域地層表層多為粉質(zhì)黏土，下伏礫巖，巖石為全風(fēng)化～弱風(fēng)化。根據(jù)大量的文獻(xiàn)資料及施工實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)[1～3]，結(jié)合湘江水文地質(zhì)、設(shè)計(jì)情況，該盾構(gòu)隧道施工主要風(fēng)險(xiǎn)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(gòu)建風(fēng)險(xiǎn)因素判斷矩陣。根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)源辨識結(jié)果，建立盾構(gòu)隧道穿越湘江堤防施工風(fēng)險(xiǎn)結(jié)構(gòu)層次模型，并結(jié)合層次分析法判斷矩陣準(zhǔn)則構(gòu)造A-B 風(fēng)險(xiǎn)矩陣[4～5]，如表1、表2 所示。

表1 判斷矩陣判斷準(zhǔn)則表

表2 盾構(gòu)下穿湘江堤防段風(fēng)險(xiǎn)判斷矩陣表

3）風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)與風(fēng)險(xiǎn)排序。將上述結(jié)果代入層次法風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)公式中，可獲得該模型判斷矩陣計(jì)算的矩陣最大特征向量為8.661，一致性指標(biāo)為0.066 97。根據(jù)平均隨機(jī)一致性指標(biāo)表可知，本文模型計(jì)算一致比例小于0.1，判斷矩陣一致性可以接受。

此外，根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知盾構(gòu)穿越湘江堤防施工風(fēng)險(xiǎn)重要性排序?yàn)椋旱谭雷冃危舅淼捞L(fēng)險(xiǎn)＞地表塌陷隧道＞隧道大變形風(fēng)險(xiǎn)＞洞口段塌方風(fēng)險(xiǎn)＞結(jié)構(gòu)失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)＞隧道滲漏水風(fēng)險(xiǎn)＞管涌、流砂風(fēng)險(xiǎn)＞機(jī)械設(shè)備損壞風(fēng)險(xiǎn)。

4）初始施工風(fēng)險(xiǎn)等級。根據(jù)地鐵3 號線下穿堤防段地質(zhì)勘查報(bào)告、地質(zhì)縱斷面及設(shè)計(jì)資料進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評估[6～7]，采用專家調(diào)查法[8～11]，依據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)及調(diào)查資料，對隧道盾構(gòu)段施工進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評估，具體見表3。

表3 盾構(gòu)下穿堤防段施工初始風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)表

根據(jù)短板原則，整個(gè)下穿堤防段施工安全風(fēng)險(xiǎn)初始綜合等級為Ⅲ級。

2 施工風(fēng)險(xiǎn)控制措施

1）設(shè)置合理的泥水壓力。合理設(shè)置泥水壓力值，嚴(yán)格控制盾構(gòu)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(jìn)速度。穿越時(shí)降低推進(jìn)速度，控制總推力，減少土層擾動(dòng)；穿越時(shí)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(gòu)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(shí)調(diào)整盾構(gòu)掘進(jìn)姿態(tài)。穿越前調(diào)整好盾構(gòu)姿態(tài)，穿越時(shí)減少糾偏次數(shù)及糾偏量，減少土體的擾動(dòng)。

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

5）堤防加固預(yù)注漿處理。對施工高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行地表注漿加固處理，確保后續(xù)盾構(gòu)的安全掘進(jìn)與堤防安全。

3 殘余施工風(fēng)險(xiǎn)分析

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

表4 地鐵三號線下穿堤防段施工殘余風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)表

4 結(jié) 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(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了評估，主要結(jié)論如下：地鐵穿越湘江堤防主要風(fēng)險(xiǎn)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(jié)構(gòu)失穩(wěn)、隧道滲漏水、管涌、流砂風(fēng)險(xiǎn)以及機(jī)械設(shè)備損壞風(fēng)險(xiǎn)；總體上，地鐵下穿堤防段施工安全風(fēng)險(xiǎn)綜合等級為Ⅲ級，經(jīng)施工措施控制后安全風(fēng)險(xiǎn)綜合等級將至Ⅱ級。研究成果可為后續(xù)大量盾構(gòu)隧道穿越堤防施工提供參考。